叶片光合作用的三维数学建模

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    30970213
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    朱新广
  • 依托单位：
    中国科学院分子植物科学卓越创新中心
  • 学科分类：
    C0203.植物光合与固氮
  • 结题年份：
    2012
  • 批准年份：
    2009
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2010-01-01 至2012-12-31

项目摘要

提高光合作用效率是提高作物产量的重要途径之一。目前，对代谢及其调控过程对光合作用的影响研究较多，但由于缺乏有效的方法，对叶片解剖结构影响光合作用效率的研究非常少。. 本项目在已有的光合作用基本代谢模型的基础上，以水稻为研究对象，构建叶片光合作用三维数学模型，精确描述叶片解剖结构、代谢过程、气孔导度调节及叶表面能量平衡过程等因素对光合作用效率的影响。同时，我们将建立全新的叶片三维结构重建、图像处理和获得叶片不同深度光合参数的测量手段,实现对叶片三维模型的参数化。 最后，结合实验测定，模型模拟，发展算法对模型参数进行敏感性分析，从而揭示不同水稻品种光合作用效率差异的代谢和结构基础。该项研究将为提高光合作用效率，进而提高作物产量提供全新的思路。

结项摘要

本项目按原计划顺利完成。主要研究工作包括：（1）构建了动态光合作用模型，即e-Photosynthesis模型，该模型可以有效地模拟 C3植物叶片内部CO2吸收，O2 释放、叶绿素荧光动力学变化、叶绿体腔和基质pH及膜电位等重要过程，该模型提供了一个鉴定提高光合作用效率靶点的理论框架，将促进新兴表型组学领域的高通量筛选技术的发展，也为定量评估目前对光合系统作为一个整体进行理解的合理性提供了一个工具。相关研究成果已于2012年发表；（2）建立了C3 植物叶肉细胞的基本代谢模型，该模型能够模拟在不同光线、CO2、O2等条件下的光合作用、呼吸作用、氮素吸收、蔗糖合成、淀粉合成的速率。相关文章目前正在整理过程中；（3）建立了叶肉细胞的反应扩散模型，该模型模拟了CO2 从外界空气到细胞内的扩散过程，通过该模型和基于13C同位素的叶肉导度测量，我们建立了更加准确的测量叶肉导度的新方法。相关研究成果已于2011年发表。该方法可以对控制叶肉导度的结构因素和生化因素进行区分，进而可以推进对控制叶肉导度的机理研究。相关研究成果已于2012年发表；（4）对影响叶片光合作用的结构因素进行了文献综述，已被邀稿发表，同时，发展了针对叶片结构的光线追踪模型，对光线在叶片内部光强和光质进行精确模拟，结合光合作用模型，对影响叶片光合作用速率的各种参数进行研究；（5）对品种改良过程中的12个水稻品种进行光合参数测量，分析各参数与光合作用的关系，对了解历史品种改良过程的代谢变化有重要的指导意义。到目前为止，已有8篇文章被接受或发表。在此期间，共组织召开国际学术会议2次。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Variable mesophyll conductance revisited: theoretical background and experimental implications
重新审视可变叶肉电导：理论背景和实验意义
  • DOI：
    10.1111/j.1365-3040.2012.02538.x
  • 发表时间：
    2012-12-01
  • 期刊：
    PLANT CELL AND ENVIRONMENT
  • 影响因子：
    7.3
  • 作者：
    Tholen, Danny;Ethier, Gilbert;Zhu, Xin-Guang
  • 通讯作者：
    Zhu, Xin-Guang
The Mechanistic Basis of Internal Conductance: A Theoretical Analysis of Mesophyll Cell Photosynthesis and CO2 Diffusion
内电导的机理基础：叶肉细胞光合作用和二氧化碳扩散的理论分析
  • DOI：
    10.1104/pp.111.172346
  • 发表时间：
    2011-05-01
  • 期刊：
    PLANT PHYSIOLOGY
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Tholen, Danny;Zhu, Xin-Guang
  • 通讯作者：
    Zhu, Xin-Guang
Synchronization of cytoplasmic and transferred mitochondrial ribosomal protein gene expression in land plants is linked to Telo-box motif enrichment.
陆地植物中细胞质和转移的线粒体核糖体蛋白基因表达的同步与 Telo-box 基序富集有关
  • DOI：
    10.1186/1471-2148-11-161
  • 发表时间：
    2011-06-13
  • 期刊：
    BMC evolutionary biology
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Wang J;Wang Y;Wang Z;Liu L;Zhu XG;Ma X
  • 通讯作者：
    Ma X
Opinion: prospects for improving photosynthesis by altering leaf anatomy.
意见：通过改变叶子解剖结构来改善光合作用的前景。
  • DOI：
    10.1016/j.plantsci.2012.09.005
  • 发表时间：
    2012-12
  • 期刊：
    Plant Science
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    朱新广
  • 通讯作者：
    朱新广
e-photosynthesis: a comprehensive dynamic mechanistic model of C3 photosynthesis: from light capture to sucrose synthesis
e-光合作用：C3光合作用的综合动态机制模型：从光捕获到蔗糖合成
  • DOI：
    10.1111/pce.12025
  • 发表时间：
    2013-09-01
  • 期刊：
    PLANT CELL AND ENVIRONMENT
  • 影响因子：
    7.3
  • 作者：
    Zhu, Xin-Guang;Wang, Yu;Long, Stephen P.
  • 通讯作者：
    Long, Stephen P.

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其他文献

其他文献

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水稻高光效和氮磷营养高效耦合机制研究及种质创新
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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

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          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]
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