贝叶斯框架下的叶片光合模型-数据整合方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31900304
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0210.植物学研究的新技术、新方法
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Leaf photosynthesis is limited by stomatal conductance, photosynthetic metabolism and mesophyll conductance. Quantitative and mechanistic researches of mesophyll conductance went slowly. The main reason is that mesophyll conductance is affected by leaf anatomy and metabolism simultaneously. Leaf anatomy affects distribution of light absorption and CO2 inside the leaf, and therefore affects the photosynthetic metabolism inside. Classic C3 leaf photosynthesis model, Farquhar model assumes leaf is a uniform media, which is facing difficulties in applying to quantitative research about the relationship between leaf anatomical features and photosynthetic rate. This proposal learns from the frontier model-data integration methods in physics and geoscience, meanwhile it focuses on the key question of heterogeneous leaf photosynthesis. Based on a 3D model of leaf photosynthesis we developed, we will parameterize the model according to specific rice cultivars, and we will develop new methods to achieve a quantitative dissection of the anatomical effects on leaf photosynthesis of features such as leaf thickness and cell size. Moreover, this project will incorporate the Bayesian framework of uncertainty analysis, we will first estimate reliability of the results predicted above. This uncertainty analysis can also predict contribution of uncertainty due to imperfect model and experimental data, which can suggest directions of future research for a more reliable prediction. In all, the model, algorithm and framework developed in this project will provide a powerful tool for a systematic dissection of the key anatomical and biochemical factors controlling leaf photosynthesis, it will also promote related physiological and ecological studies.
气孔导度、光合代谢和叶肉导度是影响叶片光合效率的三大因素,其中叶肉导度的定量及机理研究相对进展缓慢,主要由于叶肉导度同时受到叶片结构及代谢的影响。叶片结构影响光线和CO2在叶片内部的分布,进而影响代谢过程。当前研究C3叶片光合生理所用的经典Farquhar模型假设叶片是均一介质,因而难以用于叶片结构变异和光合效率关系的定量研究。本项目借鉴物理学和地学中前沿的模型-数据整合方法,聚焦异质性叶片结构下的光合效率这一关键问题,基于我们已发展的叶片光合三维模型,对特定水稻品种系统参数化,发展全新算法,实现定量解析不同结构特征,如叶厚和细胞大小,对叶片光合效率的影响。同时结合贝叶斯概率的理论框架,定量分析这种不同因素影响光合预测的不确定性,揭示更可靠预测的模型发展方向和最佳测量参数选择。本项目发展的模型、算法和理论将为系统解析控制叶片光合的关键结构和代谢因素提供有力工具,促进相关生理生态研究。

结项摘要

叶片结构在光合作用中起着重要作用,然而对于任一结构参数和叶片光合速率的定量影响关系以及因果关系仍有待阐明。本项目从自底向上的机理模型和自顶向下的经验模型两个角度研究了这一问题。一方面我们开发了针对水稻的三维叶片光合模型,并使用了环境二氧化碳和升高的二氧化碳条件下生长的IR64水稻叶片的一系列成像数据和生理生化测量来参数化模型,然后询问该模型以获得各种结构因素和生化因素对于叶片光合的量化影响关系。我们发现虽然光合代谢是升高二氧化碳条件下叶片光合变化的主因,但各种结构因素也做出了或正或负的贡献。在模型中更大地变化几个重点关注的结构因素,我们发现叶片光合对于叶肉孔隙率和叶肉细胞凸起个数的变化不敏感,同时对于叶肉细胞接触空气面积的变化敏感,且在高二氧化碳下敏感性会降低。另一方面我们通过贝叶斯方法系统评估了Farquhar模型中光合参数估计的不确定性,并开发了一种更稳定可靠的数据收集和参数估计的方法流程。同时通过观察到的实际测量和预测的不符,指出实现更细化的光合特征估算的实验发展方向和模型发展方向。这些模型进展和分析结果对于理解叶片结构对光合的影响,以及改造叶片结构以提高作物光合作用等问题都具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Estimating uncertainty: A Bayesian approach to modelling photosynthesis in C3 leaves
估计不确定性:C3 叶片光合作用建模的贝叶斯方法
  • DOI:
    10.1111/pce.13995
  • 发表时间:
    2021-01-19
  • 期刊:
    PLANT CELL AND ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Xiao, Yi;Sloan, Jen;Zhu, Xin-Guang
  • 通讯作者:
    Zhu, Xin-Guang

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

地衣芽孢杆菌对肉羊甲烷排放及消化代谢的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    动物营养学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖怡;陶大勇;赵明明;赵江波;马涛;屠焰;刁其玉
  • 通讯作者:
    刁其玉
脾虚型功能性腹泻大鼠模型的建立
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    世界最新医学信息文摘
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖怡;邓向亮;傅南琳;陈佳
  • 通讯作者:
    陈佳
甲烷在瘤胃的产生及微生态制剂的调控潜力
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    家畜生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖怡;邓凯东;许贵善;屠焰;刁其玉
  • 通讯作者:
    刁其玉
花生秧作为肉用绵羊单一粗饲料有效能值的测定与估测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    动物营养学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵明明;马涛;赵江波;邓凯东;肖怡;马俊南;毛建红;贾鹏;刁其玉
  • 通讯作者:
    刁其玉

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码