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ku游体育生物科技:植物吸力的极限

时间:2020-05-08 00:39    作者:ku酷游体育     点击:

植物吸力的极限

口渴是植物中的水力问题。树木,花朵和多年生植物通过负压(更确切地说是负压)从地球上吸水。如果没有任何流动,它们的导管将关闭,无法再打开。植物最多只能在土壤中的每个区域吸收拉力,这相当于负负100 bar的负压。一个跨学科的国际研究小组参与其中,波茨坦的马克斯·普朗克胶体与界面研究所的一名科学家参与其中。该小组现已通过仿真和模型计算阐明了限制植物吸力的因素。因此,脂质聚集体起决定性的作用,其中在高负压下形成孔洞(所谓的孔洞)

液压系统利用压差来传输信号,功率和能量。几台机器都基于此原理工作-但自然界中也有一个突出的例子:植物的吸水率。根部的吸力是基于植物供应通道中的负压,该负压是由水在叶片细胞壁上的蒸发引起的。

专家称草药液压系统木质部-由微小导管穿过的细胞组织,水和矿物质在其中流过植物。负压(可以理解为每个表面的拉力)在此网络中通常介于负5和负50 bar之间。大约80巴的最强负压到达沙漠植物。但是,到目前为止,关于为什么大约100 bar的极限值通常不会低于此值,目前尚无定论。因为:基本上,身体上的原因似乎并不能说明更大的负面压力。更高的吸力对于植物来说将是一个优势,因为它可以更有效地从干燥的土壤中吸水,从而在干燥的条件下如气候变化所预期的那样壮成长。

在脂质双层中更容易形成

来自卢布尔雅那的Jožef-Stefan研究所,波茨坦的Max Planck胶体和界面研究所,柏林自由大学,乌尔姆大学,达姆施塔特技术大学和加利福尼亚州立大学富勒顿分校的植物学家和物理学家的跨学科研究人员团队,现在为植物有限的吸力提供一个解释:通过原子级的模拟,科学家表明,显然不溶于水的天然物质(所谓的脂质)设定了植物体液的极限。在负压下,它们可确保导管中迅速膨胀的空隙的形成-专家们谈到了空腔。如果它们太大,水柱会撕裂。这大大降低了最大可承受的负压:从纯净水的负超过1000 bar到植物汁的小于负100 bar。研究人员报告说,模型预测的值与植物学中测得的最强负压高度吻合。

在活生物体中,脂质主要充当细胞膜的结构成分,充当能量存储或作为信号分子。然而,从最近的生化研究得知,此类脂质也存在于植物的血管系统中,特别是在水溶液中形成双层的脂质。这种行为是基于脂质的两个化学上不同的末端:一个排斥水分子,另一个排斥水分子。专家们谈到疏水性(疏水)和亲水性(引水)。因此,亲水性头基向外转向水,而疏水性尾部与另一种脂质的类似末端聚集在一起。

在他们的工作中,研究人员将广泛的分子动力学原子计算器模拟与关于空穴形成速率的模型计算相结合。这样一来,他们就可以从微观过程中就生物学相关的大小和时期做出行为方面的陈述。“由于温度引起的水分子的随机运动,液体中经常会形成微小的空隙,”柏林自由大学物理系博士生Philip Loche解释说。但是,水的内聚力通常可以确保它们迅速闭合。洛什说:“液体中的分子在一定程度上粘在一起-与气体不同。” 因此,水柱可承受较高的拉力而不会分离。由于植物汁液含有脂质双层,因此可以轻松地创建可快速生长而不是再次溶解的空腔。达姆施塔特技术大学教授,直到最近位于波茨坦的马克斯·普朗克胶体与界面研究所的研究组负责人埃曼纽尔·施内克(Emanuel Schneck)解释说:“简单地说,比一组水分子更容易撕开两个脂质层。”


由于气候变化,植物可能更经常达到其极

模拟结果表明,由于脂质聚集,在负负压力超过100 bar的传导路径中经常会形成空腔。相反,负压通常在负5至负50 bar的工厂中普遍存在,因此这种情况几乎不会发生。研究人员还发现,植物汁液中小的水溶性成分几乎不促进蛀牙的形成。显然,在植物界观察到的压力极限实际上是基于积累的脂质。Schneck说:“我们的结果首次为植物为何不能长时间维持负负100巴以上的负压提供了合理的解释。” 由于植物无法以任何速度从土壤中吸水,因此也有一定的限制,

斯洛文尼亚卢布尔雅那JožefStefan研究所的物理学家MatejKanduč也是该研究的第一作者,他指出,研究结果也与气候变化有关。他说:“植物的最大负压出现在缺水地区。” 而且由于气候变化,世界上越来越多的地区土壤正在干out。坎杜奇说:“必须从地面汲取水以抵抗最大的阻力。” 将来,植物可能会更频繁地达到其极限,这既可能是自然问题,也可能是农业问题。
 

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