MCA: Effects of unsteady wind and surface morphology on the plant transpiration
MCA:不稳定风和表面形态对植物蒸腾作用的影响
基本信息
- 批准号:2120739
- 负责人:
- 金额:$ 40万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-09-01 至 2024-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Plants need to transport water and other substances between the roots and the shoots. Most of the water transported through tiny conduits evaporates from the leaves, which is called transpiration. The transpiration rate in plants is greatly affected by two structures near the leaf surface: stomata (i.e., small openings on the leaf surface) and a boundary layer (i.e., a thin air layer in which the diffusion process is dominant). These two structures are quite complicated and usually coupled with other physical and environmental factors. The stomata are surrounded by various microscopic structures of epidermal cells, and the boundary layer is strongly affected by wind. Therefore, the team will investigate how the stomata and the boundary layer affect the exchange of gases between leaves and the surrounding ambient air. Besides lab-based research activities, this research will contribute to providing agricultural training and individualized jobs to persons with impaired social and communication skills. The goal of the project is to understand abiotic effects on transpiration rate in plants based on physically controlled experiments and theoretical analysis. Physical experiments will control the air flow around plants, which plays a crucial role in altering the relative humidity and the boundary layer. When the air flows around a flexible leaf, the shape and size of the boundary layer are not stationary around the plant, but rather dynamical in space and time. Characterizing such dynamic changes in the boundary layer will allow greater understanding of the transpiration rate under varying conditions. Additionally, microstructures on the leaf surface affect the vapor concentration around the plant as droplets condense or evaporate. Overall, such a varying vapor flux near the stomata and variable boundary layer would affect the physiological performance of plants. Therefore, the reciprocal effects between the transpiration rate and external fluidic and surface properties should be characterized to illuminate natural plant-environment interactions.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
植物需要在根和芽之间运输水和其他物质。通过微小管道输送的大部分水分从叶子中蒸发,这称为蒸腾作用。植物的蒸腾速率很大程度上受到叶表面附近的两种结构的影响:气孔(即叶表面上的小开口)和边界层(即扩散过程占主导地位的薄空气层)。这两种结构相当复杂,通常与其他物理和环境因素相结合。气孔被表皮细胞的各种微观结构包围,边界层受风的影响强烈。因此,研究小组将研究气孔和边界层如何影响叶子与周围环境空气之间的气体交换。除了基于实验室的研究活动外,这项研究还将有助于为社交和沟通技能受损的人提供农业培训和个性化工作。该项目的目标是基于物理控制实验和理论分析来了解非生物对植物蒸腾速率的影响。物理实验将控制植物周围的气流,这在改变相对湿度和边界层方面起着至关重要的作用。当空气在柔性叶子周围流动时,植物周围边界层的形状和大小不是固定的,而是在空间和时间上动态的。表征边界层的这种动态变化将有助于更好地了解不同条件下的蒸腾速率。此外,当液滴凝结或蒸发时,叶子表面的微观结构会影响植物周围的蒸汽浓度。总体而言,气孔和可变边界层附近的这种变化的蒸气通量会影响植物的生理性能。因此,应表征蒸腾速率与外部流体和表面特性之间的相互影响,以阐明自然植物与环境的相互作用。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查进行评估,被认为值得支持标准。
项目成果
期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Spreading dynamics of a droplet impacting a sphere
- DOI:10.1063/5.0120642
- 发表时间:2022-08-30
- 期刊:
- 影响因子:4.6
- 作者:Ming Long;Jalil Hasanyan;Sunghwan Jung
- 通讯作者:Sunghwan Jung
Visual Measurements of Fluttering Leaf to Quantify Internal Water Stress
通过视觉测量飘动的叶子来量化内部水分压力
- DOI:10.13031/aim.202200404
- 发表时间:2022-07
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Yuk, Jisoo;Lee, Joseph;Graves, Caroline;Jung, Sunghwan
- 通讯作者:Jung, Sunghwan
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