叶片水分储存与对间歇性干旱的鲁棒性：一种叶片水力学的空间显式容性模型
生物物理
2021-06-17 v1
摘要
叶片水力网络不仅在流体传输中起着重要作用，还通过土壤供水或空气湿度的瞬时环境变化维持整株植物的水分状态。水势与水力阻力在由木质部、气孔和储水细胞构成的叶片传输网络中呈空间变化，且远离叶基的叶面积部分在水分胁迫下可能处于不成比例的劣势。除气孔关闭引起的蒸腾抑制与失水减少外，同样可能局部变化的叶片储水电容被认为对维持叶片水分状态至关重要。为研究这些网络中的流体动力学，我们开发了一种空间显式容性模型，能够捕捉水势与流速的局部时空变化。在由欧姆定律描述的电路类比中，我们实现模拟储水的线性电容，并给出了均匀一维模型的解析计算及一般空间显式网络模型的数值模拟方法，以及它们与传统集总元模型的关系。给出了均匀模型的计算与仿真结果，该模型模拟了单子叶草叶的关键特性。我们展示了充分供水叶片的水分状态，以及因切断水源或降低空气湿度所引起的水势与蒸腾速率的下降。我们表明，除气孔阻力外，这些水分胁迫下变化的时间尺度深受叶片电容及至电容的阻力影响。通过对草叶的建模，我们确认了叶面积上不均匀水分分布的存在，并讨论了在植物生物学中考虑叶片水力性状空间变异的重要性。
引用
@article{arxiv.2106.08939,
title = {Leaf water storage and robustness to intermittent drought: A spatially explicit capacitive model for leaf hydraulics},
author = {Yongtian Luo and Che-Ling Ho and Brent R. Helliker and Eleni Katifori},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.08939},
year = {2021}
}