光照是农业生产中作物生长发育必不可少的因素。 植物通过光合色素吸收红色波长，而远红色波长则被邻近植物的绿叶反射和透射。 这降低了树冠内的红色：远红色比率。
植物对红光：远红光比率敏感——较低的水平会引起从表型到分子水平的变化，包括 株高、叶片形态、生物量、叶绿体超微结构和光合特性. 这些效果使植物能够捕获更多的光能，从而最大限度地提高植物在拥挤的看台上的生长和适应性。 尽管红：远红比在植物发育中起着重要作用，但在评估它如何影响植物冠层内的形态发生方面取得的成功有限，因为它是 难以衡量. 解开这个谜团的关键是使用功能性结构植物建模来评估各种辐射传输模型如何影响红：远红比模拟以及使用计算模型产生的叶片结构生长。
法国国家农业、食品和环境研究所 (INRAE) 研究生 Arthur Couturier 及其同事最近在 在硅片 种植 提出了新的基于模型的方法来描述红色：远红色比率的空间和时间变化. 作者评估了用于建模光的不同方法，以确定哪种方法最准确。
作者评估的方法是：
- 光模型方法，
- 辐射交换法，和
- 考虑拦截光线的尺度。
“我们通过两种方式模拟了光模型方法，”Couturier 解释道。 “混浊介质方法代表具有 3D 细胞阵列的冠层。 然后计算每个单独细胞内的辐射传输。 这种方法没有完全考虑到单个器官的位置和方向的影响。 RIRI 模型使用了这种方法。 光能传递方法考虑每个单独的树叶元素的几何形状来计算辐射传输，并且需要大量的计算时间。 CANESTRA 模型使用了这种方法。“
考虑的辐射交换方法是 也完全不需要 散射（只考虑光的直接拦截）和 - 光被植物元素拦截后向四面八方散射。 虽然光散射代表了树冠内发生的情况，但它是计算密集型的。 因此，评估它对形态发生有多大影响是有价值的。
考虑了三种拦截光线的尺度：
- “器官”尺度是根据所考虑器官表面的辐照度计算的，
- 根据所考虑器官所在的体素的底部水平表面截取的辐照度计算出的“面部”比例，以及
- 使用混浊介质方法从考虑的体素的辐照度计算的“体素”标度。
然后，作者使用集成到现有模型中的五种方法进行了模拟 虚拟草原模型 以确定叶柄和节间的生长。 该研究的重点是两种具有对比结构的植物——垂直生长的紫花苜蓿和沿地面水平生长的白三叶草。
这五种方法产生了生长季节冠层内节间和叶柄所经历的不同平均红光：远红光比率。 如前所述，该比率很难测量，因此很难确定哪种方法产生的值最符合实际。 然而，CANESTRA Organ 方法产生的早期红光：远红光比例下降表明它们可以在发育早期检测到邻近植物器官的存在，而其他三种方法仅在出现叶子时才显示比例下降.
有趣的是，包含散射并不影响使用 CANESTRA 器官模型执行的模拟的红光：远红光比率拦截，但对使用 CANESTRA 面部模型执行的模拟有很大影响。 因此，由于使用散射具有很高的计算时间成本，因此必须根据观察到的微小差异根据模拟的精度需求来选择它的使用。
由模拟叶柄和节间长度表示的植物形态发生对辐射模型的类型很敏感，尤其是在发育的早期阶段。 与水平生长的三叶草相比，紫花苜蓿具有垂直习性和更多的自我遮蔽，对红色：远红色比变化更敏感。
因为红色：远红色比率对植物有如此大的影响，改进用于表示它的框架对于为提高作物产量的建模工作至关重要。 这项工作表明，必须根据研究重点的需要和计算资源的可用性来选择模型。 作者提供了关于五个模型中每一个模型的优点和缺点的汇总表，以及它们与所提出的研究问题相关的建议用途。
阅读文章：
Arthur Couturier、Elzbieta Frak、Quentin Rambaud、Gaëtan Louarn、Romain Barillot、Jean-Louis Durand、Abraham Escobar-Gutiérrez、Didier Combes，辐射传输模型对红色：远红模拟和随后的植物光形态发生建模有何影响？ in silico Plants, 2022, 迪亚克013, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac013
