植物細(xì)胞的滲透力學(xué)模型及內(nèi)壓研究.pdf

1、目前對水果、蔬菜的機(jī)械損傷研究主要集中在宏觀損傷機(jī)理和實(shí)驗(yàn)上,例如研究了重力、振動參數(shù)、降落高度、最大加速度、吸收能量、碰撞時(shí)間等物理量與機(jī)械損傷程度的關(guān)系.這些研究對損傷作了表象的解釋,而沒有涉及到其微觀本質(zhì).細(xì)胞是生命的實(shí)體和生命的基本單位,幾乎所有有機(jī)體都是由細(xì)胞和細(xì)胞的產(chǎn)物組成.所以對水果蔬菜機(jī)械損傷的更為本質(zhì)的解釋必須從細(xì)胞層次來尋找.因此,宏觀外力如何在細(xì)胞間分布和傳遞,細(xì)胞的內(nèi)壓怎樣隨之變化,在內(nèi)壓變化的同時(shí),滲透又如何隨

2、內(nèi)壓的改變而進(jìn)行,這些問題的研究具有重要的意義.細(xì)胞力學(xué)行為的研究將有助于揭示"應(yīng)力--生長關(guān)系"機(jī)理和細(xì)胞內(nèi)大分子層次一系列化學(xué)信號、生物信號的感受、傳遞、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄表達(dá)的機(jī)理,因此,它是連接力學(xué)效應(yīng)與生物效應(yīng),化學(xué)效應(yīng)的橋梁.該文建立了二維細(xì)胞力學(xué)模型,計(jì)算了在受壓狀態(tài)下細(xì)胞的內(nèi)壓和細(xì)胞壁應(yīng)力的變化,并對泊松比和彈性模量對計(jì)算結(jié)果的影響作了討論.發(fā)現(xiàn)泊松比對內(nèi)壓變化的影響并不顯著.而在相同的壓縮量下,彈性模量越大,內(nèi)壓越大,但細(xì)胞壁

3、的應(yīng)力越小.不過隨著壓縮量增大,彈性模量越大,則細(xì)胞壁的應(yīng)力增長越快.該文著重建立了三維球形細(xì)胞力學(xué)模型,推導(dǎo)了在平板壓縮情況下細(xì)胞的平衡方程,并求出其數(shù)值解,得到了細(xì)胞在平板壓縮時(shí)外形的變化.還研究了不考慮滲透和考慮滲透諸情況下細(xì)胞內(nèi)壓及體積的變化,發(fā)現(xiàn)內(nèi)壓隨壓縮量的增大而增長,并且增長速度也在增加.并進(jìn)一步對不同的加載速度對滲透的影響作了討論,發(fā)現(xiàn)加載速度的快慢對內(nèi)壓的變化影響甚微,但對體積的變化則有著顯著的影響.另外,還利用三維球