A Fibre-Assembling-Pressure Model for Developing Root Pressure

植物中的水分传输机制是生物物理学和植物生理学的重要研究领域。长久以来，科学家们已经认识到，水分以及溶解于其中的矿物离子从植物根部传输至叶片的主要驱动力有两个：其一是叶片蒸腾拉力，其二则是根压。蒸腾拉力的作用机制相对清晰，但根压的发展机制至今仍然不甚明确。王孝恩在其研究中提出了一个基于实验现象和晶体生长机制的纤维装配压力模型，以理论方式探讨根压的发展机制。 我们需要理解水分在植物体内的传输路径，这一问题不仅是古老而且引人入胜的课题。在19世纪末期，Böhm和Dixon等人提出了最早的共质体-张力（cohesion-tension，简称CT）理论，来解释水分在蒸腾植物中上升的动力。CT理论认为，在木质部中，水分的传输是沿着负压梯度进行的，水分通过附着在细胞壁上以及表面张力来克服重力上升。然而，根压的产生机制却一直是研究的难点。 王孝恩的研究中提出，根压的发展与根部中纤维化网络的连续聚合有关。具体来说，它涉及到新生细胞壁的形成以及导管的成熟，这些过程可以产生纤维装配压力，这是一种正的液压压力。在生长旺盛的植物中，纤维如导管的生长可以为水分传输提供动力，促进分生组织细胞的分裂与扩展，并且有助于根部的向地性生长。 这个模型是基于对水沿着纤维表面逆重力运输的实验现象的观察，以及晶体生长机制的研究。实验观察到水能够沿着纤维表面逆重力而行，这种类似虹吸现象的运输说明了根部存在一种能够推动水分上升的机制。而晶体生长机制的研究则为这种机制提供了理论支持。纤维聚合可能通过形成有序的结构来产生一种内在的压力，这种压力在植物体内可能表现为一种正的液压压力。 关于植物木质部水分运输的探讨，以及水分上升的动力，不仅仅是科学上的好奇心驱使。例如，在全球最高的树木——位于美国加利福尼亚北部的红杉树（高达112.7米）中，木质部上升的力量巨大，它不仅要克服重力的作用，还要考虑到水分子间的内聚力和木质部中的表面张力。 王孝恩所提出的纤维装配压力模型，为理解根压的形成机制提供了一种新的理论视角。他强调了纤维化网络连续聚合在根压形成中的作用，并提出了它对于水分传输、细胞分裂与扩展以及根部向地性生长的驱动作用。通过进一步的实验验证，这种模型有助于人们更深入地了解植物水分传输的生物物理机制，为农业生产以及植物生态学研究提供了新的科学依据。