资源共享下植物智能根系生长模型及可视化研究

基本信息
批准号:61601060
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:19.00
负责人:张素兰
学科分类:
依托单位:长江师范学院
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李柳柏,李宏群,邢昌元,陈曦,牟化建
关键词:
生长过程模拟智能根系精准农业资源竞争表型可塑性
结项摘要

With the construction of modern underground root observation system, the research on root growth and development under the heterogeneous soil environmental will become an important topic of root simulation in the future. The mechanism of effects of environmental factors on root physiology and ecology is the key to the development of root model. However, the relevant research on how to effectively model and simulate complexly phenotypic plasticity exhibited by the root growth and development under the soil environmental control and resource competition is still rare at home and abroad. The project will use FON cylinder to describe the requirement of root system for soil nutrients, and on this basis, the competition model of soil resource among roots was constructed. Then a model of root growth with intelligence characteristics is built, in which root primordium that produces branching is used as sub agent, toot tip that realizes elongation is used as mother agent and the membrane model and polar transport model are constructed to realize environmental perception and communication among the sub agents and mother agents. At last phenotypic plasticity of root under environmental regulation and resource competition is implemented. Research on the subject will provide new ideas and methods for the study on modeling and simulation of plant root system.

随着现代化地下根系观测系统的发展,土壤环境异质性下根系生长发育过程成为未来根系模拟的重要方向,环境因子对根系生理生态的影响机制是根系模型发展的关键。然而针对土壤环境调控及资源竞争下根系生长发育表现出的复杂可塑性表型,如何对其进行有效建模与仿真,目前国内外尚缺少相关研究。本项目拟利用FON圆柱描述根系对土壤营养物质的需求范围,在此基础上构建根系土壤资源竞争模型;然后以产生分枝的根原基为智能子体,实现伸长的根尖为智能母体,利用膜模型及极性传输模型来描述子母体对土壤异质环境的感知和通信,构建具有智能特征的根系生长模型。实现在土壤环境调控及资源竞争下根系表型可塑性表达,为植物根系建模与仿真研究提供新的思路与方法。

项目摘要

植物根系结构决定了其在土壤中的位置,并与土壤之间存在相互作用。本项目主要研究了资源共享下植物智能根系生长建模及可视化,构建了植物及根系生长数据库,在离群检测和聚类分析的基础上提取根系形态结构,并以根原基为智能子体,以根尖为智能母体,构建了根系内母体之间资源竞争模型;在此基础上构建了基于FON圆柱的根系间资源竞争模型,最后基于L系统建立虚拟根系三维动态模型,模拟根系在资源竞争下生长状态及在三维空间中的分布。本项目从智能角度对根系形态、行为以及智能特征进行了建模,从而实现植物根系共享资源条件下生长仿真模拟。研究为进一步推动虚拟根系智能研究及加强虚拟植物整体研究提供理论和实践依据,同时实现了在虚拟环境下植物根系生长过程控制,可用于指导农业生产活动,提高农业经济效益。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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