Functional control of nitrogen distribution in heterogeneous plant canopies

异质植物冠层氮分布的功能控制

基本信息

项目摘要

Light energy is the driving force of photosynthesis, and nitrogen is often a limiting factor for the construction of the photosynthetic apparatus. Plants continuously adjust their leaf traits to the variable intra-canopy light conditions in order to utilize the light energy efficiently for photosynthesis. These adaption mechanisms can be observed in the modifications of nitrogen partitioning between photosynthetic functions, leaf nitrogen concentration, and the ratio between leaf area and leaf mass. It has been predicted by modelling approaches that when the gradients of nitrogen and light intensity are coordinated in the canopy, whole plant photosynthesis reaches its maximum. However, these models do not take into account spatial (horizontal) heterogeneity in canopy structure and light distribution, which is the reality in many high value crops. This project aims to better understand canopy nitrogen distribution and photosynthetic nitrogen partitioning in heterogeneous plant canopies, using an explicit representation of (heterogeneous) canopy structure by a functional-structual plant model (FSPM). The knowledge gained should provide the basis for quantification of the influence of light environment, nitrogen availability and genotypic variation on nitrogen partitioning and nitrogen distribution. The improved quantitative understanding is intended to be applied for a science-based improvement crop management measures like nitrogen fertilization, supplemental lighting, planting arrangement or training system, and to assist in the choice of the cultivars according to the expected growth light conditions.
光能是光合作用的驱动力,而氮通常是光合作用装置构建的限制因素。植物为了有效地利用光能进行光合作用,不断调整叶片性状以适应不同的冠层内光照条件。这些适应机制可以从光合功能间氮分配、叶片氮浓度和叶面积与叶质量之比的变化中观察到。通过模拟方法预测,当冠层内氮和光强梯度协调时,整个植物的光合作用达到最大值。然而,这些模型没有考虑冠层结构和光照分布的空间(水平)异质性,这是许多高价值作物的现实。本项目旨在通过功能-结构植物模型(FSPM)明确表征(异质)冠层结构,更好地了解异质植物冠层中冠层氮的分布和光合氮的分配。所获得的知识将为量化光环境、氮有效性和基因型变异对氮分配和氮分布的影响提供依据。提高定量认识的目的是应用于科学的改良作物管理措施,如氮肥施用、补光、种植安排或培训制度,并根据预期的生长光条件协助选择品种。

项目成果

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Experiments for in silico evaluation of Optimality of Photosynthetic Nitrogen Distribution and Partitioning in the Canopy: an Example Using Greenhouse Cucumber Plants.
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Pao Y-C;Stützel H;Chen T-W
  • 通讯作者:
    Chen T-W
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