编者按：近日，大名鼎鼎的《科学美国人》对中国科学院上海生命科学研究院朱新广研究员团队和伊利诺伊大学香槟分校合作进行的研究做了报道，植物表型资讯介绍如下。

科学家们正在利用电脑虚拟种植农作物，通过设计高精度计算机模拟种植作物来加快选择性育种，选择并重新种植理想作物。像这样的数字种植是农业科学的一项新举措，被称为“insilico”。科学家们认为，农业的未来不仅仅是田间种植，电脑分析也同样重要。

这个新兴作物科学领域诞生于全球粮食安全形式严峻的时期。目前全球人口约为75亿，预计到年将达到96亿；更糟糕的是土壤养分和供水量在全球范围内严重下降。为满足人口增长造成的粮食需求，科学家们必须筛选出投入少、回报高的农作物。通过使用计算机模拟植物生长，研究人员可以发现哪些属性是最好的选择，以及比传统生长时间少得多的原因。

silico或“insilicon”这个术语就是指计算机芯片。这项技术始于在显微镜下或在田间收集植物数据，随后构建统计模型来识别数据中的数学关系。然后根据这些方程创建模拟系统，从而在屏幕上看到他们的特征。一旦能够可视化作物，科学家就可以操纵这些数据，观测哪些因素导致植物快速增长、耐旱或抗病虫性。

今年早些时候在伊利诺伊州立大学香槟分校StephenLong团队和中国科学院上海生命科学研究院朱新广团队描述了如何通过电脑中的数字甘蔗帮助农民(Wang,Y.,Song,Q.,Jaiswal,D.etal.Bioenerg.Res.()10:.)。在下图中，植物冠层反映了实际测量的巴西甘蔗田高度、叶片大小和角度范围。被叶片遮蔽的地方会产生光斑，为了应对这些不同的形状和光照，研究人员通过数字化模拟来优化甘蔗种植模式。

研究人员模拟了四种不同的种植模式：一条完全对称的网格种植线与一个相互交错的网格种植线，并分别按照南-北对东-西的种植方向。四种模式种植结果并不相同，南-北产量最高，比典型的巴西甘蔗田产量高出10％。Long教授说道，“传统研究需要一年时间才能完成的任务，利用超级计算机一天就完成了”。

研究人员的模型有助于揭示阳光和阴影等条件如何影响作物生长，但许多其他因素如水分利用率和微生物相互作用则决定了玉米芯的长度或大豆的宽度。将这些因素转化为代码之前，科学家们首先需要了解它们如何在现实中工作。

世界各地的植物生理学家和生物学家正在田间和实验室调查这些关键问题。例如StephenLong教授和朱新广研究员正在研究大豆和水稻的光合作用，宾夕法尼亚州立大学的JonathanLynch教授正在对不同土壤养分条件下的根系进行研究。随着他们的研究越来越深入，将有更多的实验数据用于输入计算机支持虚拟作物研究。

伊利诺伊州立大学植物系统生物学家AmyMarshall-Colón提出，下一个要克服的障碍就是如何使这些不同的模拟系统相互交流。由于研究团队都以他们喜欢的软件进行独立研究，导致许多程序不能同时运行。这正是国家超级计算机应用研究中心(NationalCenterforSuper







































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