韧皮部装载中的扩散与整体流动：植物聚合物陷阱机制的理论分析

植物通过光合作用在叶片的叶肉细胞中产生糖分。这种糖分（主要是蔗糖）必须通过维管束鞘装载到韧皮部维管系统（筛管元素）中，并输送到植物的生长部位。我们分析了一种特定的装载机制——主动共质体装载（也称为聚合物陷阱机制）的可行性。在该机制中，蔗糖在韧皮部细脉中毗邻筛管元素的中间型伴胞内转化为较重的糖类，如棉子糖和水苏糖。为了防止较重的糖类反向扩散，连接维管束鞘与中间细胞的胞间连丝必须充当极其精确的过滤器，能够区分尺寸差异小于 20% 的分子。在我们的建模中，考虑了相关界面上水和糖的耦合运动，而未明确考虑将蔗糖转化为较重糖类的化学反应。基于现有的胞间连丝几何结构、糖浓度和通量率数据，我们得出结论：该机制在原理上是可行的。我们发现，此前未被量化的通过胞间连丝的水流仅对进入中间细胞的蔗糖通量贡献了 10-20%，主要部分由扩散运输。另一方面，随后向筛管元素的糖转运很可能主要由通过胞间连丝的整体水流携带。因此，与质外体装载者相比，韧皮部转运所需的所有水分都将以这种方式供应，无需跨韧皮部质膜额外吸收水分。