本篇文章1513字，读完约4分钟
cite this articleliu，s .，liu，h .，jiao，j.ET AL 在干燥环境中，植物通过不同尺度(组织、细胞、分子)的功能调节来适应外界水分条件的一些变化。 目前，植物抗旱机制存在生物、化学、物理等多方面的解释。 在这些机制中，物理机制特别是力学机制更受关注。 力学因素在不同水平的功能响应和适应中起着重要的作用，如力学上控制着水分运输、组织变形、细胞生长和运动、分子间相互作用等。 研究进展在抗旱过程中，植物在不同尺度(组织、细胞和分子)上表现出不同的生物力学行为。 不同尺度下植物抗旱生物力学涉及固体和流体力学、连续和不连续力学、均衡和不均衡状态力学。 在组织尺度上，极端干旱对植物导管水分输送的水力障碍制约了植物的生存，水力障碍后的自我修复是植物抗旱性的关键。 植物导管的水力失效水动力学机制有均匀空化( homogeneous cavitation )、异构化空化( heterogeneous cavitation )、空气种子( air seed )等。 在均匀空化假说中，空化的形成被认为是由于水分子间的凝聚力消失了。 异化空化假说认为水分子和植物导管壁之间的凝聚力最容易消失，因为这首先发生在植物导管的内壁，而且发生异化空化的概率可以用不同的构成核率计算。 空气种子假说被广泛接受，认为水有利用拉伸力引出空气邻接栓塞管并通过细胞壁的孔的倾向。 如果空气水界面的压力差足够大，毛细弯液面就会通过细胞壁的孔，小气泡就会释放到管道内。 水力失效后的栓塞修复机构有渗透/反渗透假说、麻皮部驱动假说。 渗透假设认为，从栓塞周围的细胞释放到栓塞区域的盐和其他溶质降低了栓塞导管的渗透潜力，得到了栓塞填充的驱动力。 反渗透假说认为，由于淀粉向糖的水解作用，栓塞管的渗透压减少，产生组织压力，水从周围的细胞挤出到栓塞管。 麻皮部驱动再填充假说认为，放射线细胞从麻皮部向栓塞管输送溶质，栓塞管的渗透势减少了。 这是因为这个麻皮部可以放出水输送到栓塞管内，重新填充栓塞管。 在细胞尺度、干旱发生过程中，植物叶面气孔迅速响应外界环境的一些变化，维持水分运输和水分保持。 气孔的开度受包围气孔的安全细胞的膨胀压力控制，安全细胞完全膨胀时气孔打开进行气体交换，膨胀压力下降时气孔关闭。 植物的叶子通过保护细胞的膨胀压力来控制气孔的开闭振动周期，调节水分输送效率 花粉从雄蕊的花药中释放，暴露在干燥的空气中会脱水 为了在这样极端变化的环境中生存，花粉粒细胞壁在细胞内非镜面弯曲折叠，阻止进一步脱水。 这一重要现象被称为“harmomegathy”，可以理解为花粉粒满足两种诉求之间的矛盾(细胞正常物质交换和水分保持)的最佳理解。 在分子尺度上，植物细胞周缘的质膜蛋白通过细胞膜应变能和分子间电位的平衡作用进行配置重组，减轻细胞脱水收缩对植物细胞原生质体的损伤。 未来展望力学因素在植物的不同尺度(组织、细胞、分子)、不同的生命阶段(发芽、生长、生殖、防御)中发挥着重要的作用。 法国国家农业研究院科学家莫拉指出，植物生物力学和力生物学是促进跨学科研究繁荣的共同选择。 植物防御过程的极端植物生物力学和力生物学问题无疑是这个跨学科行业中最有价值、最具挑战性的研究方向，基于生物力学原理的植物防御性能的提高和水分利用为绿色生态农业的迅速发展提供了新的可能性。 基金资助新闻(中文)感谢国家自然科学基金的要点项目( 11532009 )、面上项目( 11972280 )和青年项目( 11972280 )对该事业的支持。 原标题:阅读ams封面复印份额|卢天健、徐峰、刘少奇研究小组:植物抗旱性的极端生物力学》原文
