물은 체관부에서 수송되는 가장 풍부한 물질이다. 탄수화물, 아미노산, 단백질, 호르몬 그리고 무기이온으로 이루어진 수송 물질은 물에 녹아 있다. 설탕은 체요소에서 가장 흔하게 수송되는 당이다. 체요소 수액에는 언제나 설탕이 존재하며 그 농도는 0.3~0.9M가량이다.
질소는 체관부에서 주로 아미노산과 아미드의 형태로, 특히 글루탐산과 아스파르트산 그리고 이들의 아미드인 글루타민과 아스파라긴의 형태로 존재한다. 동일한 종에서도 아미노산과 유기산의 수준은 크게 다르며, 이 수준은 탄수화물에 비하여 낮다.
체관부에서 이동하는 무기 용질에는 칼륨, 마그네슘, 인산, 염소 등이 있다. 이와는 달리 질산염, 칼슘, 황, 철은 체관부를 통해서 이동하지 않는다.
옥신, 지베렐린. 시토키닌, 앱시스산 등 대부분의 식물호르몬은 체요소에서 발견된다. 호르몬의 장거리 수송은 적어도 부분적으로는 체요소에서 일어난다. 체관부 수액에서는 뉴클레오티드 인산과 단백질들도 발견된다.
체관부 수액에서는 비교적 낮은 농도지만 단백질과 RNA도 발견된다. 체관부에서 발견되는 단백질에는 PP1 및 PP2와 같은 구조 P-단백질, 그리고 다른 수용성 단백질들이 있다. 많은 단백질들이 스트레스와 방어 반응과 관련된다. 체관부에서 발견되는 RNA에는 mRNA, 병원성 RNA 그리고 작은 조절 RNA 분자 등이 있다. 우선 체관부에서 수송되는 물질을 밝히기 위해 사용된 방법과 체관부의 내용물에 대해 논의하기로 한다.
1. 체관수액을 모아서 분석한다
체관수액을 모으는 일은 실험적으로 어려웠다. 일부 종에서는 체요소를 자른 상처로부터 체관수액을 삼출하여 비교적 순수한 체관수액 시료를 모은다. 하지만 최초의 시료는 주변 손상 세포의 내용물과 섞이기 쉽다. 바람직한 방법은 진딧물의 침을 ‘천연 주사기’로 사용하는 것이다. 이 방법으로 체요소와 반세포로부터 비교적 순수한 수액을 얻을 수 있다.
진딧물은 잎이나 줄기의 단일 체 요소에 4개의 관 모양 침으로 이루어진 구기를 꽂아 섭식하는 작은 곤충이다. CO2로 진딧물을 마취시킨 후에 레이저를 사용하여 자른 진딧물의 침을 이용하여 수액을 모을 수 있다. 체요소의 높은 팽압 때문에 침을 통하여 세포 내용물이 잘린 부위로 밀려 나오기 때문이다. 이 액으로 체관 수액의 상당히 정확한 조성을 알 수 있었다. 잘린 침에서 몇 시간에 걸쳐 삼출이 지속되는 것으로 보아 진딧물은 식물의 정상적인 밀봉 메커니즘이 작동하지 못하도록 방해하는 것 같다.
2. 당은 비환원형으로 수송된다
모은 수액을 분석한 결과 수송되는 탄수화물은 모두 비환원당이라는 사실이 밝혀졌다. 포도당이나 과당과 같은 환원당은 알데히드기나 케톤기가 노출되어 있다. 설탕과 같은 비환원당에서 케톤이나 알데히드는 알코올로 환원되거나 다른 당의 비슷한 기와 결합한다. 대부분의 연구자들은 비환원당이 환원당보다는 반응성이 적기 때문에 체관부에서 주로 수송된다고 생각하고 있다.
설탕은 가장 흔히 수송되는 당이다. 다른 수송 탄수화물로는 설탕에 갈락토오스 분자가 여러 개 붙은 것이 있다. 라피노오스는 설탕에 한 분자의 갈락토오스 분자가 결합한 것이고, 스타키오스는 설탕에 두 분자의 갈락토오스 분자가, 버바스코오스는 설탕에 세 분자의 갈락토오스 분자가 결합한 것이다. 수송되는 당 알코올로는 만니톨과 소르비톨이 있다.
3. 이동속도
체요소 내 물질의 이동속도는 단위 시간당 이동한 직선거리인 속도나 단위 시간당 특정 체관부나 체요소의 단면을 통과하는 물질량인 물질전달속도라는 두 가지 방식으로 표현될 수 있다. 체요소는 체관부의 통도요소이기 때문에 체요소의 단면적을 기준으로 하는 물질 전달 속도가 선호된다. 체요소의 물질전달속도는 1~15gh‾¹cm¯²이다.
초기 문헌에서 속도의 단위는 시간당 센티미터였으며, 물질전달속도의 단위는 체관부나 체요소에서 평방 센티미터당 시간 당 그람이었다. 현재 선호되고 있는 단위는 미터 또는 밀리미터 길이, 시간은 초이고 질량은 킬로그램이다.
4. 체관부 수송의 압류 모델
피자식물에서 가장 설득력이 있는 체관부 수송 메커니즘은 압류 모델인데, 이로써 현재 얻을 수 있는 실험적, 구조적 데이터를 대부분 설명할 수 있다. 압류 모델은 체관부 수송을 공급부와 수용부 사이의 삼투압에 의해 발생한 압력 기울기에 의해 추진되는 용질의 흐름으로 설명한다. 이 절에서 부피유동에 근거한 예측인 압류 모델과 이를 뒷받침하는 데이터에 대하여 기술할 것이다.
체관부 수송에 대한 초기 연구에서는 능동적 및 수동적 메커니즘이 모두 고려되었다. 이 이론에서는 공급부와 수용부에서 모두 에너지가 필요하다고 가정하였다. 공급부에서 에너지는 생산 세포로부터 체요소로 광합성 산물을 이동시키는 데 필요하다. 광합성 산물의 이런 이동을 체관부 적재라 한다. 수용부에서 에너지는 체요소로부터 당을 저장하거나 대사하는 수용부 세포로 이동시키는 데 필요하다. 체요소로부터 수용부 세포로의 이런 광합성 산물의 이동을 체관부 하적이라고 한다.
체관부 수송의 수동적 메커니즘은 더 나아가 세포의 세포막과 같은 구조를 유지하고, 체관부에서 용출되는 당을 회복하기 위하여 공급부와 수용부 사이의 통로에 있는 체요소는 에너지가 필요하다고 가정한다. 압류 모델은 수동적 메커니즘의 한 예이다. 반면에 능동적 이론에서는 수송 자체를 추진하기 위하여 통로의 체요소가 부가적으로 에너지를 소모해야 한다고 가정한다.