近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心朱新广研究组在New Phytologist上，在线发表了研究成果Canopy occupation volume as an indicator of canopy photosynthetic capacity。该研究发现了描述冠层效率的新特征，即冠层占空体积（Canopy Occupation Volume，COV）。
COV与冠层光合速率成明显正相关，为高通量筛选具有高光效潜力的作物株型提供了可行途径。
作物冠层结构是作物产量的重要决定因素，也是高光效改良、高光效栽培的关键。冠层结构主要通过影响冠层光分布、光截获，进而影响冠层光合效率。叶角和叶面积指数影响光截获，进而影响冠层光合。已有研究表明，提高不同冠层中叶面积指数和叶片角度分布的协同效应，可以有效提高冠层光合效率。
该研究开发了基于3D点云数据的玉米器官分割算法，使用分割的植物叶片点云，通过坐标转换，虚拟改变叶片角度和叶片大小等结构特征；调整光响应曲线改变生理指标来创建“新基因型”。研究将单个虚拟植物放在不同种植行列间距配置中，通过光线追踪算法，计算这些株型变化对于冠层光合的影响。
结果表明，与传统的描述冠层光合作用的参数（叶面积指数、叶角和冠层覆盖度）相比，一个全新的冠层参数，即冠层占空体积（COV），可以有效量化冠层光合能力。COV可以解释超过79%的由改变叶角产生的冠层光合作用变化和超过84%的由改变叶面积产生的冠层光合作用变化。
冠层光合的改良是未来高光效育种及高光效栽培的焦点。要改良冠层光合，朱新广研究组鉴定了一批有利于提高光合效率的新基因；发展了冠层光合模型，并研发了冠层光合测量设施。本研究中，为量化冠层结构提出了全新参数，将直接支撑未来高光效育种及栽培的研究。该研究发展的算法是基于三维点云数据，这将推动当前表型组学平台直接用于支撑高光效育种及栽培的研究。
研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和盖茨基金会的资助。