Published May 6, 2016
| Version v1
Publication
Open
Kinetic Modeling of Sunflower Grain Filling and Fatty Acid Biosynthesis
- 1. National University of Mar del Plata
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. National Agricultural Technology Institute
Description
Grain growth and oil biosynthesis are complex processes that involve various enzymes placed in different sub-cellular compartments of the grain. In order to understand the mechanisms controlling grain weight and composition we need mathematical models capable of simulating the dynamic behavior of the main components of the grain during the grain filling stage. In this paper, we present a non-structured mechanistic kinetic model developed for sunflower grains. The model was first calibrated for sunflower hybrid ACA855. The calibrated model was able to predict the theoretical amount of carbohydrate equivalents allocated to the grain, grain growth and the dynamics of the oil and non-oil fraction, while considering maintenance requirements and leaf senescence. Incorporating into the model the serial-parallel nature of fatty acid biosynthesis permitted a good representation of the kinetics of palmitic, stearic, oleic and linoleic acids production. A sensitivity analysis showed that the relative influence of input parameters changed along grain development. Grain growth was mostly affected by the specific growth parameter (μ´) while fatty acid composition strongly depended on their own maximum specific rate parameters. The model was successfully applied to two additional hybrids (MG2 and DK3820). The proposed model can be the first building block towards the development of a more sophisticated model, capable of predicting the effects of environmental conditions on grain weight and composition, in a comprehensive and quantitative way.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
نمو الحبوب والتخليق الحيوي للزيت هي عمليات معقدة تنطوي على إنزيمات مختلفة موضوعة في أقسام خلوية فرعية مختلفة من الحبوب. من أجل فهم آليات التحكم في وزن الحبوب وتكوينها، نحتاج إلى نماذج رياضية قادرة على محاكاة السلوك الديناميكي للمكونات الرئيسية للحبوب أثناء مرحلة تعبئة الحبوب. في هذه الورقة، نقدم نموذجًا حركيًا ميكانيكيًا غير منظم تم تطويره لحبوب عباد الشمس. تمت معايرة النموذج لأول مرة لهجين عباد الشمس ACA855. تمكن النموذج المعاير من التنبؤ بالكمية النظرية لمكافئات الكربوهيدرات المخصصة للحبوب ونمو الحبوب وديناميكيات الجزء النفطي وغير النفطي، مع مراعاة متطلبات الصيانة وشيخوخة الأوراق. سمح دمج الطبيعة المتوازية التسلسلية للتخليق الحيوي للأحماض الدهنية في النموذج بتمثيل جيد لحركية إنتاج الأحماض النخامية والدهنية والزيتونية واللينولية. أظهر تحليل الحساسية أن التأثير النسبي لمعلمات المدخلات تغير على طول تطور الحبوب. تأثر نمو الحبوب في الغالب بمعلمة النمو المحددة (μ') بينما اعتمد تكوين الأحماض الدهنية بشدة على الحد الأقصى لمعلمات المعدل المحددة الخاصة بها. تم تطبيق النموذج بنجاح على هجينين إضافيين (Mg2 و DK3820). يمكن أن يكون النموذج المقترح أول لبنة بناء نحو تطوير نموذج أكثر تطوراً، قادر على التنبؤ بتأثيرات الظروف البيئية على وزن الحبوب وتكوينها، بطريقة شاملة وكمية.Translated Description (French)
La croissance des grains et la biosynthèse de l'huile sont des processus complexes qui impliquent diverses enzymes placées dans différents compartiments sous-cellulaires du grain. Afin de comprendre les mécanismes contrôlant le poids et la composition des grains, nous avons besoin de modèles mathématiques capables de simuler le comportement dynamique des principaux composants du grain pendant l'étape de remplissage des grains. Dans cet article, nous présentons un modèle cinétique mécaniste non structuré développé pour les grains de tournesol. Le modèle a d'abord été calibré pour l'hybride de tournesol ACA855. Le modèle calibré a pu prédire la quantité théorique d'équivalents glucides alloués au grain, à la croissance du grain et à la dynamique de la fraction huileuse et non huileuse, tout en tenant compte des besoins d'entretien et de la sénescence foliaire. L'incorporation dans le modèle de la nature série-parallèle de la biosynthèse des acides gras a permis une bonne représentation de la cinétique de la production des acides palmitique, stéarique, oléique et linoléique. Une analyse de sensibilité a montré que l'influence relative des paramètres d'entrée changeait au cours du développement du grain. La croissance des grains était principalement affectée par le paramètre de croissance spécifique (μ´) tandis que la composition en acides gras dépendait fortement de leurs propres paramètres de vitesse maximale spécifique. Le modèle a été appliqué avec succès à deux hybrides supplémentaires (MG2 et DK3820). Le modèle proposé peut être le premier élément constitutif du développement d'un modèle plus sophistiqué, capable de prédire les effets des conditions environnementales sur le poids et la composition des grains, de manière globale et quantitative.Translated Description (Spanish)
El crecimiento del grano y la biosíntesis del aceite son procesos complejos que involucran varias enzimas colocadas en diferentes compartimentos subcelulares del grano. Para comprender los mecanismos que controlan el peso y la composición del grano necesitamos modelos matemáticos capaces de simular el comportamiento dinámico de los principales componentes del grano durante la etapa de llenado del grano. En este artículo, presentamos un modelo cinético mecanicista no estructurado desarrollado para granos de girasol. El modelo se calibró primero para el híbrido de girasol ACA855. El modelo calibrado fue capaz de predecir la cantidad teórica de equivalentes de carbohidratos asignados al grano, el crecimiento del grano y la dinámica de la fracción oleosa y no oleosa, teniendo en cuenta los requisitos de mantenimiento y la senescencia de las hojas. La incorporación en el modelo de la naturaleza serie-paralela de la biosíntesis de ácidos grasos permitió una buena representación de la cinética de la producción de ácidos palmítico, esteárico, oleico y linoleico. Un análisis de sensibilidad mostró que la influencia relativa de los parámetros de entrada cambió a lo largo del desarrollo del grano. El crecimiento del grano se vio afectado principalmente por el parámetro de crecimiento específico (μ´), mientras que la composición de los ácidos grasos dependió en gran medida de sus propios parámetros de tasa específica máxima. El modelo se aplicó con éxito a dos híbridos adicionales (MG2 y DK3820). El modelo propuesto puede ser el primer bloque de construcción hacia el desarrollo de un modelo más sofisticado, capaz de predecir los efectos de las condiciones ambientales sobre el peso y la composición del grano, de manera integral y cuantitativa.Files
pdf.pdf
Files
(3.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6e4cfc70b40341d2940de6c40201ec84
|
3.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- النمذجة الحركية لملء حبوب عباد الشمس والتخليق الحيوي للأحماض الدهنية
- Translated title (French)
- Modélisation cinétique du remplissage des grains de tournesol et de la biosynthèse des acides gras
- Translated title (Spanish)
- Modelado cinético del relleno de granos de girasol y la biosíntesis de ácidos grasos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2345376252
- DOI
- 10.3389/fpls.2016.00586
References
- https://openalex.org/W1697076868
- https://openalex.org/W1727172064
- https://openalex.org/W1967908209
- https://openalex.org/W1977636101
- https://openalex.org/W1985051775
- https://openalex.org/W1986662202
- https://openalex.org/W1991408705
- https://openalex.org/W1993294688
- https://openalex.org/W2007271031
- https://openalex.org/W2009833307
- https://openalex.org/W2023402609
- https://openalex.org/W2028257792
- https://openalex.org/W2031001081
- https://openalex.org/W2033170654
- https://openalex.org/W2033532069
- https://openalex.org/W2036206008
- https://openalex.org/W2037599685
- https://openalex.org/W2046146717
- https://openalex.org/W2054872668
- https://openalex.org/W2060228914
- https://openalex.org/W2061720360
- https://openalex.org/W2062529993
- https://openalex.org/W2066958415
- https://openalex.org/W2073727116
- https://openalex.org/W2076393785
- https://openalex.org/W2078578845
- https://openalex.org/W2083303488
- https://openalex.org/W2084653826
- https://openalex.org/W2085697436
- https://openalex.org/W2086095855
- https://openalex.org/W2088466789
- https://openalex.org/W2095584642
- https://openalex.org/W2107606962
- https://openalex.org/W2144516904
- https://openalex.org/W2148988225
- https://openalex.org/W2152760462
- https://openalex.org/W2158126981
- https://openalex.org/W2162273804
- https://openalex.org/W2173021496
- https://openalex.org/W2345537492
- https://openalex.org/W2551912530
- https://openalex.org/W4233296699
- https://openalex.org/W4321794881