这项新研究于5月14日在线发表在《科学》杂志上科学提出了植物细胞壁的新概念，为植物细胞生长提供了新的见解，并可能为设计具有新性能的聚合物材料提供灵感。

宾夕法尼亚州立大学生物学教授、该论文的资深作者丹尼尔·科斯格罗夫(Daniel Cosgrove)说:“很长一段时间以来，植物细胞壁的主流概念是一种由纤维素纤维增强的凝胶，这种坚硬的纤维素棒就像水泥中的钢筋一样。”爱博网投领导者“然而，我们确定纤维素链彼此粘在一起形成纤维素束网络，这比漂浮在凝胶中的断开的棒提供了更多的机械强度。是纤维素链，而不是其他成分，限制了细胞壁的扩张，当细胞被拉伸时，它们像伸展梯子一样彼此滑动。”

以前的植物细胞壁建模方法要么集中在太大的尺度上，无法包含单个细胞成分的行为，要么集中在太小的尺度上——在原子水平上——无法包含细胞壁的实际力学。在这项研究中，研究人员在构成细胞壁的聚合物水平上使用了一个粗粒度的计算机模型——纤维素和其他糖分子串成长链连接在一起。研究人员没有对单个原子进行建模，而是用像粘性弹簧一样的珠子链来代表纤维素微纤维和其他成分，以复制这些成分的物理特性。

“与许多其他模型不同，我们还通过模拟分子之间的非共价键来解释分子粘在一起的倾向，”科斯格罗夫说。“这使我们能够研究链之间相互作用的后果。”

该团队专门模拟了洋葱细胞壁的层，以便他们可以将模拟的机械特性值与他们用实际洋葱皮进行的实验进行比较。通过以几种方式拉伸洋葱细胞壁，并利用模型中的分子洞察力，他们探索了导致细胞壁独特机械特性的结构。

“植物细胞壁是独特的，因为它们必须非常强大，以帮助保护和支持植物，并且非常可扩展，因为它们必须在植物生长时扩展，”宾夕法尼亚州立大学生物学博士后研究员，该论文的第一作者Yao Zhang说。爱博网投领导者“我们发现，纤维素微纤维承担了大部分压力，是细胞壁保持强度和延伸性的关键。”

研究人员确定，单个纤维素纤维彼此排列并粘在一起，形成一个束状的网络。当细胞被拉伸时，一束微纤维会以一种伸直的方式相互滑动，在它们之间传递力，从而导致细胞的延伸。

科斯格罗夫说:“长期以来，研究人员一直在测量植物细胞壁的机械特性，比如应力和应变，以及这些特性在干旱和其他条件下是如何变化的。”“但到目前为止，我们还缺乏对分子水平上发生的事情的分子描述来理解这些测量结果。在这项研究中，我们阐明了植物细胞壁中各种成分的作用，并为植物研究中使用的实验解释提供了定量框架。”

这项研究的见解可能对未来研究植物如何调节其细胞壁特性(影响其生长速度和方向)的工作特别有用。例如，幼茎在春天迅速伸长，而许多果实呈球形生长。

研究人员希望将他们的模型扩展到模拟其他植物物种的细胞壁，并将其扩展到包含整个细胞。

姚说:“我们目前的技术还不能与植物制造如此坚固和可扩展的材料的能力相提并论。”“植物细胞壁的设计可以为各种应用的绿色材料的设计提供灵感。”