叶片水储存和对间歇性干旱的稳健性：基于空间明确电容模型的叶片水力学
摘要：叶片水力网络在液体输送和通过瞬时变化的土壤水供应或空气湿度维持整个植物的水分状况方面发挥重要作用。水势和水力阻力在叶片输送网络中空间上变化，包括木质部、气孔和贮水细胞，离叶基远的部分叶片面积在水分胁迫下可能会受到不成比例的不利影响。除了通过气孔闭合抑制蒸腾和减少水分损失外，水贮存的叶容量也被认为对维持叶片水分状况至关重要，而该容量也可以在局部发生变化。为了研究这些网络的流体动力学，我们开发了一个具有空间明确的电容模型，可以捕捉水势和流量的局部时空变化。在由欧姆定律描述的电路类比中，我们使用线性电容器来模拟水贮存，并且我们提供了均匀一维模型的分析计算和一般空间明确网络模型的数值模拟方法，以及它们与传统聚集元件模型之间的关系。计算和模拟结果显示了模拟关键特征的均匀模型，模拟了一叶草叶片的特性。我们说明了受水充足的叶片的水分状况，以及切除的水源或降低的空气湿度导致的水势下降和蒸腾速率。我们显示出，在水分胁迫下，这些变化的时间尺度受到叶片容量和电容器的阻抗以及气孔阻力的巨大影响。通过对一片草叶的建模，我们确认了叶片面积上不均匀的水分分布，并讨论了在植物生物学中考虑叶片水力性状的空间变异的重要性。
作者：Yongtian Luo, Che-Ling Ho, Brent R. Helliker, Eleni Katifori
论文ID：2106.08939
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2021-06-17