強風と雨によりトウモロコシの茎が折れ、収穫が困難になり、収穫量が減少することがあります。 現在、世界の穀物の収量は、茎の倒伏により毎年 5% 減少しています。 気候変動により、より頻繁に風が発生し、倒伏の可能性が高まると予想されます。
育種やバイオテクノロジーによって耐倒伏性を高めるための最初のステップは、耐倒伏性を決定する重要な要素である茎の曲げ強度を制御する個々の茎の形態的特徴の役割を解明することです。
新しい研究が発表されました <font style="vertical-align: inherit;">in silico</font> Plants は、トウモロコシの茎の個々の形態学的特徴が茎の硬さと強度をどのように制御するかを特定する新しい方法を提示しています。 ブリガムヤング大学機械工学科の大学院生マイケル・オッテセン氏らは、曲げ剛性と極限強度を評価するために、形状や材料特性を含むトウモロコシの茎の三次元モデルを作成した。
著者らは、XNUMX 点曲げテストと CT スキャンを使用しました。 以前に実施された 900 本のトウモロコシの茎についてモデルをパラメータ化します。
曲げ試験中、座屈が発生するまで茎に徐々に負荷がかかりました。 この試験アプローチにより、各ストークの XNUMX つの機械的特徴 (曲げ剛性と曲げ強度) が経験的に測定されました。
茎の断面パラメータは CT データから抽出されました。 これにより、著者らは髄と皮のさまざまな機械的特徴をモデルに組み込むことができました。
機械学習と特徴識別の組み合わせを使用して、曲げ剛性と極限強度と最もよく相関する 51 の独自のパラメーターが作成されました。
著者らは、シミュレートされたステムの曲げ剛性と強度を、同じパラメータを持つ実際のステムと比較することによってモデルをテストしました。 新しいモデルは、トウモロコシ茎の実証試験で観察された挙動と傾向を正確に捉えました。
茎の形態の値をより細かく制御することで、形態および全体の茎の質量の全体的な変化が最小であっても、どの形態変化が強度の最大の増加をもたらすかをより正確に判断できるようになります。
この新しいモデルを使用すると、形態および茎全体の全体的な変化が最小であっても、どの形態変化が強度の最大の増加をもたらすかを特定できます。 さらに、すべての穀物は同様の幾何学的構造に依存しているため、このモデルをパラメータ化してソルガム、小麦、オート麦、米などの他の穀物種に適用することができます。
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マイケル・オッテセン、ジョセフ・カーター、ライアン・ホール、ナン・ウェイ・リウ、ダグラス・D・クック、トウモロコシの茎の曲げと座屈のパラメータ化モデルの開発と確率的検証、 in silico Plants、第 5 巻、第 2 号、2023 年、diad010、 https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diad010
