面向智能树冠：算法设计提升玉米树冠建筑光能利用效率

我们提出了一种计算框架，将功能-结构植物建模 (FSPM) 与进化算法相结合，用于优化三维玉米树冠建筑，以提高高密度种植下的光截获效率。优化结果显示，一种新兴的作物形型特征包括：垂直分层叶轮廓（陡峭、狭窄的上部叶片促进穿透；宽阔、水平的下部叶片促进捕获）以及径向镶嵌的方位角排列，打破玉米传统的两枚叶对称结构，以最小化自阴影和互相阴影。反向光线追踪仿真显示，此建筑结构在多个美国纬度和种植密度下，光截获率显著高于基于高产域间杂交种的参数化虚拟树冠，提升幅度具有普遍性。优化的性状组合与现代抗高密度培育品种的特征相吻合，支持生物学上的合理性。由于最近的基因编辑技术使更独立的建筑性状控制更为可行，本文所述的设计日益可行。通过揭示有效且非直觉的性状配置，我们的方法为育种目标提供了可扩展、可预测的工具，以提高光能利用效率，最终支持可持续产量提升。