花卉和其他植物部分的結(jié)構(gòu)代表了豐富而復(fù)雜的植物信息來源，具有回答各種分類學(xué)，進(jìn)化和生態(tài)學(xué)問題的巨大潛力。隨著計(jì)算方法變得越來越重要的生物學(xué)研究，迫切需要將這些信息轉(zhuǎn)化為易處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。在最近一期“植物科學(xué)應(yīng)用”雜志上發(fā)表的研究中，Phillip Klahs及其同事提出了一種方法，用于創(chuàng)建植物結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量，三維(3D)數(shù)字表示。他們通過在草科(Poaceae)中創(chuàng)建三種花的模型來證明這種技術(shù)的有效性。

由于它們小巧，緊湊和隱蔽的結(jié)構(gòu)，眾所周知的風(fēng)草花草很難研究。“禾本科植物經(jīng)常被低估為開花植物。分類學(xué)關(guān)鍵是困難的，有很多種多樣性，因?yàn)樗鼈兪秋L(fēng)傳粉，所以花朵被標(biāo)記為'不華麗'，”愛荷華州立大學(xué)研究生Klahs說道。該研究的作者。這些結(jié)構(gòu)的3D數(shù)字表示可以幫助植物學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)通過花卉結(jié)構(gòu)識(shí)別不同種類的草。“我個(gè)人的頂級(jí)應(yīng)用程序正在給標(biāo)準(zhǔn)的植物學(xué)帶來一些愛。我真的想幫助人們對(duì)摳出植物，特別是草和莎草等可怕的植物感到興奮，”Klahs說。

在教室之外，草的神秘花朵具有巨大的經(jīng)濟(jì)意義，因?yàn)樗鼈冞m當(dāng)?shù)氖诜蹠?huì)導(dǎo)致大米，小麥和玉米等谷物的產(chǎn)生。“對(duì)農(nóng)業(yè)可能會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。了解種子組和某些谷物受精的條件在生物和經(jīng)濟(jì)上是有價(jià)值的，”Klahs說。他還指出了相反的應(yīng)用，并指出“有很多風(fēng)傳播的雜草，了解它們的分散和性時(shí)間也很重要。”

Klahs及其同事開發(fā)的技術(shù)包括用光學(xué)顯微鏡拍攝薄片植物材料的圖像，并使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件將這些二維圖像重建為3D模型;可以在視頻中查看3D建模步驟的動(dòng)畫。該方法與用于創(chuàng)建植物結(jié)構(gòu)的3D模型的現(xiàn)有技術(shù)相比具有若干優(yōu)點(diǎn)，例如光學(xué)攝影測(cè)量和X射線斷層攝影。它比X射線斷層掃描便宜，同時(shí)產(chǎn)生可用的顯微鏡??載玻片，與光學(xué)攝影測(cè)量不同，產(chǎn)生花的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型。

最近幾十年席卷植物學(xué)的生物信息革命隨著DNA或蛋白質(zhì)序列等植物信息的數(shù)字化而發(fā)生。植物解剖學(xué)和形態(tài)學(xué)以更具成本效益和準(zhǔn)確的方式進(jìn)行數(shù)字化表示更具挑戰(zhàn)性。但是，植物解剖學(xué)的詳細(xì)表示中包含的信息可以回答DNA不能解決的問題，例如，關(guān)于有效風(fēng)傳播的環(huán)境決定因素。

本研究中介紹的技術(shù)有助于將植物形態(tài)進(jìn)一步推向數(shù)字時(shí)代。這里報(bào)道的植物結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量3D數(shù)字表示，一旦創(chuàng)建，就可以廉價(jià)且容易地供世界各地的科學(xué)家和教育工作者隨意使用。創(chuàng)建這些模型的科學(xué)家可能沒有想到它們的所有潛在用途，就像過去幾十年的DNA序列數(shù)據(jù)一樣。至于Klahs，他“正在采用一種系統(tǒng)的方法，利用3D模型解決宏觀進(jìn)化問題，并展示草花如何真正美麗的副作用。”