植物功能結構模型GreenLab最新研究進展及未來發展的前景和方向探討
Plant Phenomics | 中國科學院自動化研究所推動植物功能結構模型GreenLab最新研究進展
評估氣候變化對作物生產力和可持續性的影響對于制定有效的適應措施至關重要。作物模型對量化氣候變化對作物產量的影響具有重要作用。為更好地表達作物在不同環境條件下的內在生長和發育模式以及它們在不同環境條件下的可塑性，研究人員提出了功能-結構植物模型（FSPM）“GreenLab”。GreenLab是一個器官尺度的模型，它可以在不考慮環境因素影響的情況下，根據數學表達式描述植物的內在生長和發育模式，模擬植物的生長發育過程。然后再基于校準過的模型，表達植物在不同環境條件下的可塑性。此外，GreenLab的特點在于它能夠根據測量的植物數據計算影響生物量生產和分配的模型源庫參數。
2024年2月，Plant Phenomics在線發表了中國科學院自動化研究所平行智能技術與系統團隊農業組題為Functional–Structural Plant Model “GreenLab”: A State-of-the-Art Review 的研究論文。
自1998年以來，基于中法聯合實驗室（LIAMA），中國科學院自動化研究所（CASIA）與法國國際農學研究與發展中心（CIRAD）建立了合作關系，共同推動GreenLab模型（中文名Qingyuan）的發展。在過去的20年里，包括中國農業大學（CAU）、中國林業科學院（CAF），以及法國國家數字科學與技術研究所（INRIA）、巴黎中央理工學院（ECP）等多個研究機構和大學共同參與了該模型的研究工作（圖1）。
圖1 GreenLab模型發展歷程
GreenLab模型具有通用性，已成功應用于20多種具有連續生長和節律性生長的溫帶和熱帶物種，包括田間作物、園藝作物、草本植物和樹木（圖2）。
圖2 使用GreenLab模型模擬的植物
GreenLab模型經歷了不斷的發展，融合了新的建模方法和技術，包括雙尺度自動機、子結構方法、源-庫參數的求解、冠頂分析、器官序列、潛在結構和參數優化等。本文回顧了GreenLab模型的發展歷程、基本概念、主要理論、特點和應用。此外，本文介紹了實現GreenLab模型的軟件工具。最后，討論了GreenLab模型未來發展的前景和方向。
本文第一作者王秀娟副研究員及通訊作者康孟珍副研究員所在團隊為中國科學院自動化研究所平行智能技術與系統團隊農業組。該團隊多年來從事智慧農業、計算植物等方向的研究工作。基于平行ACP（人工系統+計算實驗+平行執行）理論，提出了農業社會物理信息系統的框架。在智慧農業方面，研發了農業種植智能服務平臺及溫室智能控制系統。在計算植物方面，基于中法合作提出了通用的植物生長模型青園（GreenLab）。該文章得到新一代人工智能“2030”重大項目以及中國科學院-荷蘭國際合作重點項目以及基金委面上項目的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.34133/plantphenomics.0118
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About Plant Phenomics
《植物表型組學》（Plant Phenomics）是由南京農業大學創辦的英文學術期刊，于2019年1月正式上線發行。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學交叉學科熱點領域具有突破性科研進展的原創性研究論文、綜述、數據集和觀點。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術，基于圖像分析和機器學習的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農業實踐中的表型組學新應用，與植物表型相結合的分子生物學、植物生理學、統計學、作物模型和其他組學研究，表型組學相關的植物生物學等。期刊已被DOAJ、Scopus、PMC、EI和SCIE等數據庫收錄�？祁Ｎò睯CR2023影響因子為7.6，位于農藝學一區（1/125名），植物科學一區（13/265名），遙感一區（6/62名）。2023年中科院期刊分區位于農林科學大類一區。2020年入選中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目、2024年入選江蘇科技期刊卓越行動計劃領軍期刊項目。
說明：本文由《植物表型組學》編輯部負責組稿。
中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。
特邀作者：王秀娟
排版：許怡瑤（上海交通大學）
審核：孔敏、王平
