植物间应力传递的端到端数学建模

《IEEE Transactions on Molecular, Biological, and Multi-Scale Communications》：End-to-End Mathematical Modeling of Stress Communication Between Plants

植物压力信息传递机制研究：构建首个端到端数学模型，基于BVOCs浓度比值编码（Ratio Shift Keying）的调制策略，通过MATLAB仿真验证多压力源及物种的动态模拟精度，有效抑制竞争植物的信息窃取。

　　

摘要：

分子通信（MC）是自然界中一种基本的通信方式。其中一种重要的子类型是基于气味的分子通信（OMC），它具有巨大的潜力并应用于多个领域。在这项研究中，我们探讨了植物之间的OMC现象，特别是植物如何通过释放生物挥发性有机化合物（BVOCs）来向邻近植物传递有关所经历压力的信息。我们提出了一个端到端的数学模型，该模型能够捕捉植物间信号传递过程中的物理和生物学机制。据我们所知，这是首次对植物从信号传递到接收整个过程进行建模的研究。该系统使用MATLAB在多种情景下进行了数值分析。通过文献中的实验数据，我们发现不同压力条件下的BVOC释放可以通过连续基因调控模型来近似描述。该模型被应用于多种压力源和植物物种，以准确模拟其释放动态。此外，我们还研究了一种在植物中观察到的调制策略——比率移位键控（Ratio Shift Keying），这种策略能够利用不同BVOCs的相对浓度来编码信息，从而限制了竞争植物获取传递信息的能力。