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碳分配决定了植物如何在叶、根、茎和生殖器官之间分配同化产物，直接影响生长和产量。大多数作物模型采用固定系数或经验推导的系数来表征这一分配过程，限制了其预测碳分配如何响应基因型、环境及其交互作用的能力。生态—进化最优性理论提供了另一种思路，使碳分配策略由向各器官投入碳的边际成本与收益决定。尽管这一方法已成功应用于树木，但此前尚未针对草本植物建立相应框架。在此，我们提出了DAESIM2-Plant，这是一种机理性植物生长模型，将光合作用、气孔导度、植物水力过程和冠层辐射传输等生理过程与叶和根的生态—进化最优分配方案相耦合。通过进一步耦合一个源—库籽粒生产模块，我们将该模型应用于小麦。通过一系列理想化敏感性试验，我们表明，该模型能够较好地再现已有充分文献记录的碳分配可塑性模式：随着冠层趋于郁闭、水分限制逐渐增强，叶片投入的边际收益递减；在较干旱条件下，分配向根系倾斜；根冠比的响应则共同取决于土壤水分和植物已有的根叶比例。沿土壤水分梯度开展的完整生长季模拟显示，冠层发育、生物量积累和籽粒产量均呈现类似阈值的响应，其中，产量受到同化产物供应的限制，而这一供应也调控着关键时期和灌浆期的营养生长。这为在广泛范围内推广模型行为提供了一个有前景的基础环境条件。将这些结果与实验和田间试验数据进行对照评估，仍是下一步的重要工作。
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机理性作物生长模型中的生态—进化最优碳分配：理论及其在小麦中的应用
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Alexander J Norton，
Justin O Borevitz
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.20.753045
Alexander J Norton
1
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碳分配决定植物如何将同化产物分配至叶、根、茎和生殖器官，直接影响生长与产量。大多数作物模型采用固定系数或经验推导的系数来表征这一分配过程，这限制了其预测碳分配如何响应基因型、环境及其相互作用的能力。生态—进化最优性理论提供了另一种途径，使分配策略能够由向各器官投入碳的边际成本与收益中涌现。尽管这一方法已成功应用于树木，但此前尚未针对草本植物开展相应研究。在此，我们提出 DAESIM2-Plant，这是一种机理性植物生长模型，将光合作用、气孔导度、植物水力过程和冠层辐射传输等生理过程与叶和根的生态—进化最优分配方案相耦合。这一
通过将其与源—库籽粒生产模块耦合，将该模型应用于小麦。通过一系列理想化敏感性试验，我们表明，该模型能够很好地再现已有充分文献记录的碳分配可塑性模式：随着冠层趋于郁闭及水分限制逐渐显现，叶片投入的边际收益递减；在较干旱条件下，分配向根系倾斜；根冠比的响应同时取决于土壤水分状况和植株现有的根—叶比例。在不同土壤水分水平梯度下模拟完整生长季发现，冠层发育、生物量积累和籽粒产量均呈现阈值式响应，且产量受到同化物供应的制约，而这一供应也控制着关键期和灌浆期的营养生长。这为将模型行为推广至广泛的环境条件提供了良好基础。利用实验数据和田间试验数据评估这些结果，仍是下一步的重要工作。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
已声明的资助方信息
澳大利亚国家环境科学计划（NESP）——气候系统研究中心
澳大利亚研究理事会，
，合作项目 LP19010106
版权
本预印本的版权所有者为作者／资助方，其已授权 bioRxiv 永久展示本预印本。
本预印本依据以下许可协议提供：
CC-BY 4.0 国际许可协议
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发布于2026年9月23日。
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机理性作物生长模型中的生态—进化最优碳分配：理论及其在小麦中的应用
Alexander J
Norton
，
Justin O
Borevitz
bioRxiv
2026.09.20.753045；
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https://doi.org/10.64898/2026.09.20.753045
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机理性作物生长模型中的生态—进化最优碳分配：理论及其在小麦中的应用
Alexander J
Norton
，
Justin O
Borevitz
bioRxiv
2026.09.20.753045；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.20.753045
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关键词：碳分配 · 生态—进化最优性 · 机理性作物生长模型 · 小麦 · 源—库关系 · 水分胁迫
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.20.753045v1?rss=1