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高中生物学中的蔗糖

高中生物学多处涉及到“蔗糖”。

1.2019版高中生物学必修一说,蔗糖是生活中最常见的二糖:

蔗糖,是食糖的主要成分,由一分子葡萄糖的半缩醛羟基与一分

子果糖的半缩醛羟基彼此缩合脱水而成。蔗糖有甜味,无气味,易溶

于水和甘油,微溶于醇。有旋光性,但无变旋光作用。蔗糖几乎普遍

存在于植物界的叶、花、茎、种子及果实中。在甘蔗、甜菜及槭树汁

中含量尤为丰富。蔗糖味甜,是重要的食品和甜味调味品,有白砂糖、

赤砂糖、绵白糖、冰糖、粗糖(黄糖)等蔗糖制品

其实,蔗糖也是教材介绍的二糖中唯一的非还原糖,因为其两个

组分的半缩醛羟基缩合形成了糖苷键。

但经过盐酸化处理可转化为还原糖。

2.2019版高中生物学选择性必修三提到,植物组织培养以蔗

糖作为碳源:

很多同学疑惑:

植物组织培养时以蔗糖作为碳源,其作用是什么?蔗糖能被植物

细胞吸收吗?为什么不直接用葡萄糖作为碳源?

任何细胞,不管是植物细胞还是动物细胞,能直接利用的能源物

质只有葡萄糖。在植物组织培养中加入蔗糖,经高压灭菌后就会水解

产生植物能够吸收的葡萄糖和果糖形式。

植物组织培养用蔗糖作为碳源主要有以下几方面原因:

(1)蔗糖较葡萄糖能更好地调节培养基内的渗透压。质量分数

相同的蔗糖和葡萄糖溶液,蔗糖形成的渗透压要明显低于葡萄糖。因

此,如果用葡萄糖作为碳源,很容易使植物细胞失水而生长不良。同

时,植物细胞吸收蔗糖的速率要明显慢于吸收葡萄糖的速率,所以蔗

糖形成的渗透压可相对长期的保持稳定。

(2)防止微生物污染。微生物的碳源大都是葡萄糖,很少利用蔗糖。

因此,采用蔗糖作为碳源,可在一定程度上减少微生物的污染。

(3)可诱导韧皮部形成。在培养基成分中,增加生长素的浓度,可

导致木质部形成,增加蔗糖浓度则导致韧皮部形成。当生长素水平恒

定时,2%的蔗糖溶液使愈伤组织分化出木质部,4%蔗糖使之分化出韧

皮部,3%蔗糖则既可以分化出木质部,也可以分化出韧皮部。可见,

生长素和蔗糖浓度决定愈伤组织中维管束的类型与数量。因此,在植

物组织培养中要选用蔗糖而不选用葡萄糖。

植物能否吸收蔗糖?

蔗糖分子是通过次级主动运输形式直接被植物细胞吸收。次级主

动运输是细胞利用初级主动运输的ATP酶或质子泵建立的质子梯度

进行的物质运输,并非直接利用ATP水解释放的能量。

经科学家研究,其吸收过程大致如下:质子泵将质子泵出细胞,

胞外形成较高的质子浓度,建立起细胞内外的浓度梯度,这样,胞外

的质子顺着浓度梯度趋向于向胞内扩散。细胞膜上的特殊载体(蔗糖

-质子同向共运输载体)除运输质子外,连同蔗糖一起转运至细胞内,

这是一种蔗糖-质子同向共运输。

因此,只要浓度不是过高,时间又足够长,那么蔗糖就可以

进入植物细胞内而被植物利用。同时植物体内有蔗糖转化酶,可

以吸收和利用蔗糖,而且转化酶在高等植物蔗糖代谢中起着关键

的作用,研究表明,转化酶参与植物的生长、器官建成、糖分运

输等多项功能,因此在植物培养基中加蔗糖。

3.2019版高中生物学必修一“探究植物细胞的吸水和失水”实

验,以蔗糖溶液做质壁分离实验:

既然蔗糖能被植物细胞吸收,为什么观察不到自动复原现象?

在质壁分离实验中,所用材料为洋葱表皮细胞,代谢并不旺盛,

故载体效率不高。质壁分离实验中蔗糖能够进入细胞,但速度缓慢,

故短时间内不会复原,如果细胞不死亡长时间后会复原。

植物组织培养中,培养基中的蔗糖浓度较低的,一般为3%~

10%,而质壁分离中的蔗糖浓度为30%,可见两者浓度差距之大,

质壁分离由于时间短,吸收速度缓慢,细胞吸收的量很少,而不

是不能吸收,不足以对细胞液渗透压造成影响,才会出现质壁分

离现象。

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