MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798280711440
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32003012
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a574.191
■1001  ▼aMai,  Melissa  H.▼0(orcid)0000-0002-9426-7018
■24510▼aArchitectural  Solutions  for  Hydraulically-Coupled  Material  Transport  in  Plants
■260    ▼a[Sl]▼bHarvard  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a257  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Holbrook,  Noel  Michele.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Harvard  University,  2025.
■520    ▼aWhether  for  removal  or  retention,  the  movement  of  materials  through  a  plant's  body  is  a  crucial  aspect  of  its  life.  Much  emphasis  has  been  placed  on  the  active  biological  processes  involved  in  plant  transport  problems,  but  I  argue  that  their  physical  and  architectural  solutions  must  also  be  considered.  In  this  dissertation,  I  use  mathematical  modeling,  complemented  by  imaging  studies  and  physiological  measurements,  to  explore  the  structural  basis  for  the  hydraulically-coupled  transport  of  materials  in  plants.In  Chapter  1,  I  explore  the  structural  properties  required  for  safe  and  efficient  desalination  in  secreting  halophytes.  Efforts  to  understand  and  manipulate  gland-mediated  secretion  typically  focus  on  the  optimization  and  regulation  of  ion  transporters  but  often  neglect  its  biomechanical  underpinnings.  Using  Nolana  mollis  as  a  model  system,  I  integrate  anatomy,  physiology,  and  theory  to  show  how  the  structural  maintenance  of  a  distinct  subcuticular  space  is  necessary  to  circumvent  the  energetic  limitations  of  ion  transport  against  steep  concentration  gradients  across  the  cell  membrane.  I  show  that  the  integrity  of  this  separate  compartment  determines  the  functional  state  of  the  salt  gland  and  depends  on  the  fracture  mechanics  of  the  gland's  cuticle.  By  exploring  the  biomechanical  determinants  of  secretory  salt  tolerance,  this  work  offers  insights  into  alternative  approaches  for  engineering  salt-tolerant  agriculture  or  biomimetic  desalination  devices.In  Chapter  2,  I  clarify  the  physiological  function  of  the  enigmatic  transfusion  tissue  of  conifer  needles,  which  has  remained  unclear  despite  extensive  anatomical  characterization.  Ubiquitous  among  conifer  needles,  the  transfusion  tissue  mediates  the  radial  transport  of  water  and  sugar  between  the  endodermis  and  axial  vasculature  and  faces  potential  bottlenecks  at  both  of  its  boundaries,  where  the  opposition  of  sugar  and  water  flows  may  frustrate  sugar  export.  Using  anatomical  data  from  imaging  studies  of  Pinus  pinea  needles,  I  develop  a  network  model  of  the  transfusion  tissue  to  explore  how  its  structure  and  composition  affect  the  delivery  of  sugars  to  the  axial  phloem.  I  show  that  bisection  of  the  transfusion  tissue  into  separate  water-  and  sugar-conducting  pathways,  along  with  a  branching  structure  between  the  vasculature  and  endodermis,  mitigates  interference  between  the  inbound  diffusive  sugar  flux  and  the  outbound  advective  water  flux.  This  work  resolves  the  structure-based  function  of  the  transfusion  tissue  under  conditions  free  of  physiological  stress  and  establishes  the  groundwork  for  further  research  of  the  transfusion  tissue's  physiology  in  other  gymnosperms.In  Chapter  3,  I  model  the  coupled  transport  of  methane  and  water  through  wetland  trees  to  understand  the  structural  and  environmental  determinants  of  arboreal  methane  emissions.  Trees  are  important  pathways  for  methane,  which  can  be  taken  up  by  roots  within  the  waterlogged,  anoxic  zone  and  released  from  the  trunk  directly  into  the  atmosphere.  I  develop  a  model  of  a  typical  tree  within  a  swamp  to  explore  methane  dynamics  over  a  range  of  environmental  and  physiological  conditions,  in  the  context  of  measurements  made  in  wetland  Nyssa  sylvatica.  The  model  explores  the  parameter  space  of  fundamental  properties  that  affect  patterns  of  arboreal  methane  emissions.  Using  insights  from  the  model,  I  identify  pertinent  questions  to  advise  the  design  of  future  empirical  studies.  By  describing  the  relevant  physiological  and  environmental  parameters  of  this  problem,  the  model  provides  a  foundation  for  scaled-up  predictions  of  tree-mediated  methane  emissions.Given  the  near-infinite  solution  space  for  a  plant's  architecture  that  arises  from  its  modularity,  modeling  offers  a  useful  approach  to  organizing  and  distilling  the  physiologically  relevant  information.  In  this  dissertation,  I  build  models  to  explain  these  transport  phenomena  and  further  ground  and  contextualize  those  models  in  empirical  observations.
■590    ▼aSchool  code:  0084.
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■650  4▼aPhysiology
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■71020▼aHarvard  University▼bBiophysics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-12B.
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■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17357414▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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