AI4PhotMod - Artificial Intelligence for parameter inference in Photosynthesis Models

AI4PhotMod - 用于光合作用模型中参数推断的人工智能

基本信息

  • 批准号:
    BB/Y51388X/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.87万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2024 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Photosynthesis fixes carbon dioxide from the atmosphere to drive growth of crops and natural vegetation, thus providing renewable supplies of food, fuel, medicine and fibre. Improving photosynthetic efficiency is also increasingly being recognised as a strategy to enhance crop performance. Measurements of the exchange of carbon dioxide and water vapour between plants and the air surrounding them are used to determine how much carbon is assimilated during photosynthesis, how much water is transpired in parallel, and how these fluxes may change with a change in environmental conditions, either short-term during growth, or long-term due to climate change.To analyse these gas exchange data, scientists use very simple models with only a basic representation of the biochemical processes involved in photosynthesis, despite the fact that much more detailed understanding of the metabolic network of reactions involved in photosynthesis and CO2 assimilation is available and detailed computer models exist that incorporate much more of this knowledge than the simple models currently used. The use of overly simple models is problematic in work focused on improving the efficiency of photosynthesis, since they do not contain sufficiently detailed representation of the processes involved and therefore cannot reliably inform the design of engineering strategies.However, the considerable complexity of more appropriate detailed models has led to a major parameterization problem. There is a shortage of model calibration data and where data is available, parameter estimation from this data based on classical methodology takes a very long time. This proposal will address both of these issues. Using an artificial intelligence approach we will develop a parameter prediction algorithm which, once trained, will take only a few minutes to run. We will develop this method on a minimal set of data generated with standardized protocols that are already widely adopted and easy to use. The outcomes of the work will allow application of state of the art models of photosynthesis across a wealth of pre-existing data, as well as a wide range of new research projects.
光合作用固定大气中的二氧化碳,以推动农作物和自然植被的生长,从而提供可再生的食品、燃料、药品和纤维供应。提高光合作用效率也越来越被认为是提高作物性能的一种策略。测量植物与其周围空气之间的二氧化碳和水蒸气交换,用于确定光合作用过程中吸收了多少碳,同时蒸发了多少水,以及这些通量如何随着环境条件的变化而变化,无论是在生长过程中的短期,还是由于气候变化而长期。为了分析这些气体交换数据,科学家们使用非常简单的模型,仅对光合作用所涉及的生化过程进行了基本表示,尽管事实上对光合作用的生化过程有更详细的了解。代谢反应网络与光合作用和二氧化碳同化有关的信息是可用的,并且存在详细的计算机模型,其比目前使用的简单模型包含更多的此类知识。在专注于提高光合作用效率的工作中,使用过于简单的模型是有问题的,因为它们没有包含所涉及过程的足够详细的表示,因此不能可靠地为工程策略的设计提供信息。然而,更合适的详细模型相当复杂。模型导致了一个主要的参数化问题。模型校准数据缺乏,并且在有数据的情况下,基于经典方法从这些数据估计参数需要很长时间。该提案将解决这两个问题。我们将使用人工智能方法开发一种参数预测算法,该算法一旦经过训练,只需几分钟即可运行。我们将在使用已被广泛采用且易于使用的标准化协议生成的最小数据集上开发此方法。这项工作的成果将允许在大量现有数据以及广泛的新研究项目中应用最先进的光合作用模型。

项目成果

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Johannes Kromdijk其他文献

ダイズにおける個葉光合成能力および葉肉コンダクタンスの遺伝的変異について
大豆个体叶片光合能力和叶肉导度的遗传变异
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    迫田和馬;田中佑;Johannes Kromdijk; 白岩立彦;R;all Nelson; Stephen P. Long
  • 通讯作者:
    Stephen P. Long
Variation in photosynthetic induction between rice accessions and its potential for improving productivity
水稻品种间光合诱导的差异及其提高生产力的潜力
  • DOI:
    10.1111/nph.16454
  • 发表时间:
    2020-03-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Liana G. Acevedo‐Siaca;R. Coe;R. Coe;Yu Wang;Johannes Kromdijk;Johannes Kromdijk;W. P. Quick;W. P. Quick;Stephen P. Long
  • 通讯作者:
    Stephen P. Long
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大豆个体叶片光合能力和叶肉导度的遗传变异
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    迫田和馬;田中佑;Johannes Kromdijk; 白岩立彦;R;all Nelson; Stephen P. Long
  • 通讯作者:
    Stephen P. Long
Crop management impacts the efficiency of quantitative trait loci (QTL) detection and use: case study of fruit load×QTL interactions.
作物管理影响数量性状位点 (QTL) 检测和使用的效率:果实负载与 QTL 相互作用的案例研究。
  • DOI:
    10.1093/jxb/ert365
  • 发表时间:
    2024-09-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Johannes Kromdijk;Nadia Bertin;E. Heuvelink;Jaap Molenaar;P. D. Visser;L. Marcelis;P. Struik
  • 通讯作者:
    P. Struik

Johannes Kromdijk的其他文献

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过量辐射对碳同化的抑制:了解玉米的弱点(ICARUS)
  • 批准号:
    BB/T007583/1
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 32.87万
  • 项目类别:
    Research Grant
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  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 32.87万
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相似国自然基金

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  • 资助金额:
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EAGER: Artificial Intelligence to Understand Engineering Cultural Norms
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  • 批准号:
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  • 批准号:
    2343607
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 32.87万
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职业:合作和竞争如何影响人工智能新兴领域的研究
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    2337564
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 32.87万
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SBIR Phase I: VoxCare: Artificial Intelligence-based Monitoring for Substance Use Indicators in Youth
SBIR 第一阶段:VoxCare:基于人工智能的青少年药物使用指标监测
  • 批准号:
    2335605
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 32.87万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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