[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于木本植物葉片表型特征的凈光合速率預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建方法和預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810119071.1
• 申請(qǐng)日: 2018-02-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108229065B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉宇;吉心悅;胡夢(mèng)瑤;宋躍朋;張德強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50;G06K9/62
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明提供了基于木本植物葉片表型特征的凈光合速率預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建方法和預(yù)測(cè)方法，屬于生物信息學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明采用將平均聯(lián)動(dòng)聚類(lèi)和PAM聚類(lèi)法結(jié)合，對(duì)不同地理位置的木本植物劃分為不同的子品種，消除不同子品種的差異以便對(duì)凈光合速率進(jìn)行更合理的預(yù)測(cè)，同時(shí)本發(fā)明在每個(gè)子品種中分別利用梯度提升算法基于葉片樣本的表型數(shù)據(jù)構(gòu)建凈光合速率預(yù)測(cè)模型，在建立模型的過(guò)程中，本發(fā)明首次提出梯度提升算法迭代停止準(zhǔn)則，為不同子品種的木本植物葉片表型數(shù)據(jù)提供了算法迭代的殘差臨界值，建立了基于迭代停止準(zhǔn)則的改進(jìn)梯度提升算法的小葉楊凈光合速率預(yù)測(cè)模型，在已知葉片表型數(shù)據(jù)的情況下，對(duì)不同小葉楊子品種的凈光合速率均有理想的預(yù)測(cè)結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物信息領(lǐng)域，具體涉及一種基于木本植物葉片表型特征的凈光合速率預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建方法和預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

凈光合速率是衡量植物光合作用強(qiáng)度的重要指標(biāo)，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中扮演重要作用(ShipleyB et al.2005)。19世紀(jì)，Sachs首先提出用半葉法測(cè)定光合速率，這是最早應(yīng)用于光合速率測(cè)定的方法，它不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，簡(jiǎn)便易行。但是，使用半葉法會(huì)破壞被測(cè)材料，不能連續(xù)測(cè)定，并且測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)，環(huán)境條件不易控制，導(dǎo)致測(cè)定效率低、誤差大(魏永勝.2008)。1883年Sachs首創(chuàng)用干重法測(cè)定植物的光合速率，70年代初期，中國(guó)科學(xué)院上海植物生理研究所采用燙傷葉柄基部韌皮部的方法(稱(chēng)為改進(jìn)的干重法)，阻止光合產(chǎn)物運(yùn)出，使測(cè)定結(jié)果更接近實(shí)際，從而促進(jìn)了干重法的應(yīng)用和研究。但由于環(huán)境條件的不同，不同時(shí)期條件下所測(cè)結(jié)果很難相互比較(RoderiekH.1978；王天成.1988；裴保華etal.1990)。

目前，CO₂吸收法中的紅外氣體分析法是廣泛使用的測(cè)定植物凈光合速率的方法(黃彬香.2003)，其發(fā)展經(jīng)過(guò)了三個(gè)階段。第一階段為實(shí)驗(yàn)室階段，50年代初開(kāi)始應(yīng)用，其配置相對(duì)簡(jiǎn)單，只有葉室(或同化箱)及相應(yīng)氣路和氣泵等配置，采取人工讀數(shù)和計(jì)算，如美國(guó)BACKMAN公司的紅外CO₂分析器、我國(guó)廣東佛山分析儀器廠生產(chǎn)的FQ系列CO₂分析器等，后來(lái)又發(fā)展了小型的直流兩用CO₂分析器，如北京分析儀器廠生產(chǎn)的GXH一305等。第二階段為商品化階段，為了增加測(cè)定速度，能多點(diǎn)測(cè)定，CO₂分析器上配置了多路轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的記錄裝置，以達(dá)到一機(jī)多點(diǎn)通道測(cè)定，如日本生產(chǎn)的6通道和美國(guó)BAcKMAN一865型10通道組合式CO₂分析器。后來(lái)為了提高測(cè)定精度和能控制測(cè)定條件，配置了葉室的環(huán)境控制系統(tǒng)，如德國(guó)生產(chǎn)的MINICUVITTECO₂-H₂O測(cè)定系統(tǒng)。第三階段為便攜式階段。這一階段的產(chǎn)生是由于單片機(jī)、集成電路和傳感器技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，在80年代中期投放市場(chǎng)。單片機(jī)將光合測(cè)定過(guò)程中涉及的CO2、溫度、濕度、PAR(光合有效輻射)和流量等物理量進(jìn)行各種運(yùn)算，大大提高了測(cè)定效率。配置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)大量測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)附加葉室、溫、濕、光、CO₂濃度控制系統(tǒng)，來(lái)調(diào)控環(huán)境因素。目前比較常用的有ADC公司的LCA-III型、LCA一IV型，美國(guó)LICOR公司的LICOR-6200和LICOR一6400(蔣高明，1996)，CID公司的CI一301PS、CI-510和CI一310及中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生產(chǎn)的BAU光合測(cè)定系統(tǒng)。在使用LI-6400XT測(cè)定凈光合速率時(shí)，需要在上午9點(diǎn)至11點(diǎn)的時(shí)段，將光合光子通量密度(PPFD)設(shè)定在1600μmol·m^-2·s^-1，濃度設(shè)定為400μmol^-1，當(dāng)凈光合速率變?yōu)楹愣?±0.1)時(shí)，記錄凈光合速率的值。可見(jiàn)，目前現(xiàn)有的凈光合速率測(cè)定方法普遍對(duì)環(huán)境要求較高。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種快速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)木本植物凈光合速率的方法，所述方法不受儀器和環(huán)境的限制。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了基于木本植物葉片表型特征的凈光合速率預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建方法，包括以下步驟：