合成树状芯片中的被动韧皮部装载与长距离运输
生物物理
2017-09-20 v1
摘要
维管植物依靠渗透压差将糖分从合成区域（成熟叶片）运输至糖分库（根部、果实）。在这一称为 Münch 压力流的过程中，糖分从光合细胞装载至输出导管（韧皮部）至关重要，因为它决定了驱动长距离运输所需的压力水头。大多数草本植物利用主动机制使韧皮部浓度高于光合细胞，而在运输距离最长的多数树种中，装载似乎是通过从叶肉到韧皮部的被动共质体扩散进行的。本文使用被动装载的合成微流控模型来探索输出过程中出现的非线性动力学，并确定被动装载驱动长距离运输的能力。我们首先证明，在我们的装置中，韧皮部浓度由源端的扩散装载阻力与通过韧皮部的对流输出阻力之间的平衡决定。对流受限输出对应于 Münch 输运的经典模型，其中韧皮部浓度接近源端浓度；相反，扩散受限输出导致韧皮部浓度较低，且流速随水力阻力呈弱标度关系。我们随后表明，对流受限输出的有效机制在具有大运输阻力和低木质部压力的植物中占主导地位。此外，我们的合成被动装载器中产生的静水压可达高达 10 bar 的植物学相关数值。我们得出结论，被动装载足以驱动大型植物中的长距离运输，且树木非常适合充分利用被动韧皮部装载策略。
引用
@article{arxiv.1709.06145,
title = {Passive phloem loading and long-distance transport in a synthetic tree-on-a-chip},
author = {Jean Comtet and Kaare H. Jensen and Robert Turgeon and Abraham D. Stroock and A. E. Hosoi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1709.06145},
year = {2017}
}