質量流假說

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簡介

質量流假說，也稱為壓力流假說，為韌皮部汁液的運輸機制提供瞭解釋。它是由德國植物生理學家恩斯特·孟希於1930年提出的。它基於韌皮部細胞內部滲透壓的差異。韌皮部是植物中負責維持其養分運輸系統的活組織之一，與木質部一起工作。

什麼是質量流假說？

• 根據質量流假說，滲透或擴散梯度導致汁液連同水分一起從源到庫移動。

• 源是植物中任何產生或釋放糖或無機養分（主要是氨基酸）的部分。

• 庫是植物中任何接收養分並將其用於生長的部分。

• 例如，在生長期間，根是源，而在生長完成後，當分生組織處於休眠狀態時，葉子充當源。

• 在生長期間，葉子、枝條或任何其他生長的植物部分成為庫，而貯藏器官在休眠階段成為庫。

• 梯度是指濃度差異導致的壓力差異。這種壓力差異為養分運輸以及水分運動提供了驅動力。

• 在植物中，高濃度的養分會在根等源的韌皮部汁液內部積累。這會導致壓力積聚，稱為膨壓或靜水壓。

• 在這種壓力下，來自相鄰木質部的水分向韌皮部細胞移動，而質量流允許韌皮部汁液從原始源運輸到庫。

質量流假說機制

在正靜水壓下透過韌皮部運輸養分的運動稱為轉運，並透過裝載和解除安裝發生。來自養分源的細胞將溶質分子裝載到韌皮部的篩管中。

透過滲透作用，來自相鄰木質部的水分進入篩分子。由於產生的壓力梯度，含有養分的汁液被強迫向下流動。在類似的時間，細胞從糖庫的篩分子中運輸出溶質。

以下是質量流假說機制中的步驟：

• 在光合作用期間，葡萄糖由葉子的葉肉細胞產生。呼吸後剩餘的葡萄糖以蔗糖（一種非還原糖）的形式儲存。

• 蔗糖不斷地運輸到葉片最小的葉脈的鄰近細胞。

• 透過胞間連絲，積累在鄰近細胞中的蔗糖（和其他養分）擴散並進入篩管，導致其濃度增加。

• 在類似的頻率下，在鄰近的木質部中，水透過滲透作用轉移到源細胞。這導致篩分子中的靜水壓增加。

• 在膨壓的影響下，養分被推到篩管的元素向下朝著庫移動。

• 隨著水的向外移動，形成的梯度逐漸緩和。

• 一旦到達庫，莖和根皮層透過細胞呼吸或轉化為澱粉來消耗韌皮部糖。

• 任何剩餘的水分都會被運輸回木質部，並透過蒸騰作用以水蒸氣的形式釋放。

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質量流假說的批評

儘管質量流假說是對韌皮部汁液中養分運輸的解釋最好的理論，但它也存在一些反對意見。科學家們無法達成共識，因為一些實驗驗證了質量流假說，但一些實驗失敗了。

該理論的主要反對意見是：

• 質量流被認為是一個被動過程，因為篩分子得到伴胞的支援。因此，它與韌皮部的活特性相矛盾。

• 質量流假說假設所有養分（如糖和氨基酸）都以類似的速度沿著質量流運輸。然而，已知糖和氨基酸由於其物理性質的差異而以不同的速率轉運。

• 該假說未能解釋不同物質在相同頻率下沿平行方向的雙向運動。有人推測，雙向運動的概念適用於兩種不同物質在韌皮部的兩個不同點同時發生，而不是一個篩管。科學家們已經能夠追蹤養分在莖的不同點上的縱向透過，但不能在同一時間點的相同點上追蹤。

• 該假說沒有解釋轉運速率由於環境條件（如溫度、溼度、代謝抑制劑等）的變化而發生的變化。

結論

質量流假說旨在解釋糖和其他養分從源到庫在韌皮部汁液中連續和同時運輸的現象。該過程是由由於濃度差異而產生的壓力梯度的形成促進的，類似於滲透作用。源和庫取決於植物的生長階段。雖然它是解釋養分轉運的唯一假說，但對其有效性也存在異議。

常見問題

Q1. 你如何理解篩分子這個術語？

A1: 篩分子是細長且狹窄的細胞，透過橫向末端的具有孔隙的篩板連線形成篩管。它們有助於韌皮部中相鄰細胞之間溶質的轉運。它們不含細胞核，並且細胞器數量減少，以支援最大的轉運。它們需要伴胞的支援才能有效地發揮作用。

Q2. 解釋伴胞在植物運輸機制中的作用？

A2: 它們在源和庫的養分裝載和解除安裝過程中為篩分子提供代謝支援。它們包含：

• 靈活的質膜，擴充套件了養分交換的體積

• 線粒體，為養分的主動運輸提供能量，以及

• 各種轉運蛋白，以促進實際的運輸。

Q3. 篩管中典型的蔗糖濃度是多少？

A3: 綠色葉片篩管中蔗糖的濃度在10-30%之間變化。然而，它僅佔光合細胞總溶液的0.5%。

Q4. 你如何理解胞間連絲這個術語？

A4: 胞間連絲是相鄰藻類和植物細胞之間的細胞間橋樑。它們的功能是為養分以及交流和訊號提供細胞質和膜的連續性。因此，它們對植物的生長和防禦至關重要。

Q5. 所有植物都遵循質量轉移假說嗎？

A5: 已經確定並非所有植物都遵循養分的主動轉運，尤其是在熱帶地區的原始植物中。在羅伯特·特吉昂提出的聚合物陷阱機制的矛盾理論中，糖分子在透過胞間連絲運輸期間聚合成棉子糖和其他寡糖。