高中生物學(xué)教學(xué)中涉及的蔗糖和淀粉

李 占

(安徽省亳州市渦陽縣渦陽第一中學(xué) 233600)

1植物中的蔗糖和淀粉

1.1 蔗糖的理化性質(zhì) 蔗糖是重要的二糖，由1分子葡萄糖和1分子果糖組成，屬于非還原性糖，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，一般不發(fā)生反應(yīng)，除非酶的催化水解。光合產(chǎn)物運(yùn)輸?shù)闹饕问绞钦崽荹1]。

1.2 淀粉的的理化性質(zhì)和分類 淀粉是植物生長期間以淀粉粒形式貯存于細(xì)胞中的貯存多糖。它在種子、塊莖和塊根等器官中含量特別豐富。淀粉粒為水不溶性的半晶質(zhì)，在偏振光下呈雙折射。淀粉粒的形狀(有卵形、球形、不規(guī)則形)和大小(直徑1～175μm)因植物來源而異。

淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩類。直鏈淀粉含幾百個(gè)葡萄糖單元；支鏈淀粉含幾千個(gè)葡萄糖單元。在天然淀粉中直鏈的占20%～26%，它是可溶性的，其余的則為支鏈淀粉。當(dāng)用碘溶液進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，直鏈淀粉液呈顯藍(lán)色，而支鏈淀粉與碘接觸時(shí)則變?yōu)榧t棕色[2]。原因是：具有長螺旋段的直鏈淀粉可與長鏈的聚I3形成復(fù)合物并產(chǎn)生藍(lán)色。直鏈淀粉-碘復(fù)合物含有19%的碘；支鏈淀粉-碘復(fù)合物則為微紅至紫紅色[3]，這是因?yàn)橹ф湹矸鄣闹ф湆?duì)于形成長鏈的聚I3而言是太短了。

1.3 蔗糖和淀粉的水解 1分子蔗糖在蔗糖酶的作用下，水解成1分子的葡萄糖和1分子的果糖。淀粉可以在稀酸(如稀硫酸，需要加熱)或淀粉酶的催化下水解：(C6H10O5)n(淀粉)+nH2O→nC6H12O6(葡萄糖)。

1.4 蔗糖和淀粉在植物體內(nèi)的作用 蔗糖是光合作用的產(chǎn)物之一，可以水解成單糖，為植物提供能量，蔗糖還可以為許多多聚體提供碳源，尤其是很多生物大分子的碳鏈骨架。

淀粉作為植物體內(nèi)的儲(chǔ)能物質(zhì)，可以為人體提供能量，淀粉在人體內(nèi)先被唾液淀粉酶分解成麥芽糖，然后麥芽糖分解成葡萄糖。葡萄糖經(jīng)過糖酵解過程生成丙酮酸；或者淀粉直接分解成糖酵解中間產(chǎn)物葡萄糖-1-磷酸(這一部分沒來得及和唾液充分混合)，然后生產(chǎn)丙酮酸。丙酮酸又和酶結(jié)合生成乙酰輔酶A，然后進(jìn)入檸檬酸循環(huán)圈。檸檬酸循環(huán)圈里面每消耗1個(gè)葡萄糖，生成6個(gè)NADH，2個(gè)FADH2(電子載體)，然后在線粒體膜結(jié)構(gòu)內(nèi)這些電子通過ATPase生成大量的ATP。

2植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實(shí)驗(yàn)中使用蔗糖溶液的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)是高中生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)之一，也是高考的熱點(diǎn)問題。質(zhì)壁分離的原理是植物細(xì)胞的原生質(zhì)層(細(xì)胞膜、液泡膜和兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì))相當(dāng)于半透膜，外界溶液和細(xì)胞液存在濃度差，當(dāng)外界溶液大于細(xì)胞液濃度，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入細(xì)胞的水分少于單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入外界溶液的水分，表現(xiàn)為細(xì)胞滲透失水，使細(xì)胞壁和原生質(zhì)體縮小，由于前者的伸縮性小于后者，導(dǎo)致細(xì)胞膜與細(xì)胞壁分離，即質(zhì)壁分離。隨著時(shí)間的延長，分離現(xiàn)象越來越明顯，液泡因明顯縮小而顏色加深；反之，當(dāng)外界溶液小于細(xì)胞液濃度時(shí)，細(xì)胞會(huì)發(fā)生滲透吸水，發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。

質(zhì)壁分離常用的蔗糖溶液濃度為0.03g/mL，選擇蔗糖的優(yōu)點(diǎn)[4]：①蔗糖分子比較大，不容易通過原生質(zhì)層；② 0.03g/mL蔗糖溶液質(zhì)壁分離現(xiàn)象比較穩(wěn)定，可以長時(shí)間觀察。但蔗糖溶液也存在一些不足：①蔗糖溶液處理的時(shí)間比較長；②蔗糖溶液放置時(shí)間長容易被微生物污染，需要現(xiàn)配現(xiàn)用[5]。

3蔗糖在植物組織培養(yǎng)過程中的作用

通常，在植物組織培養(yǎng)中，培養(yǎng)基碳源中使用得最多的是蔗糖，主要原因是：①蔗糖經(jīng)高壓滅菌后，大部分可分解為葡萄糖和果糖，有利于植物的吸收和利用[6]，剩余的蔗糖經(jīng)蔗糖酶水解成葡萄糖和果糖，為培養(yǎng)物的生長發(fā)育和代謝提供能量；②糖對(duì)培養(yǎng)基的滲透壓起決定性作用，而滲透壓又影響植物細(xì)胞脫分化、再分化及器官的形成。相同質(zhì)量的葡萄糖和蔗糖相比，蔗糖的滲透壓低一些。因此，離體培養(yǎng)中使用蔗糖能更好地調(diào)節(jié)滲透壓。③蔗糖不是微生物利用的直接能源，可以有效減少培養(yǎng)基的污染；④蔗糖具有一定的誘導(dǎo)作用，一定濃度的蔗糖具有誘導(dǎo)植物韌皮部形成的能力。

4淀粉與探究溫度對(duì)酶活性影響實(shí)驗(yàn)

探究溫度對(duì)酶活性的影響和酶活性的最適溫度的實(shí)驗(yàn)都經(jīng)常用淀粉作為底物，一方面淀粉比較穩(wěn)定；另一方面淀粉的檢測(cè)比較簡單，不需要加熱，試劑配置也比較簡便。

5淀粉與氣孔開關(guān)的關(guān)系

氣孔是蒸騰過程中水分從體內(nèi)排出體外的主要通道。氣孔的運(yùn)動(dòng)主要受保衛(wèi)細(xì)胞液泡水勢(shì)的調(diào)節(jié)，淀粉-糖的轉(zhuǎn)化是影響因素之一。保衛(wèi)細(xì)胞光合作用消耗CO2，細(xì)胞質(zhì)中的pH增高，淀粉水解成可溶性糖，保衛(wèi)細(xì)胞的水勢(shì)下降，從周圍環(huán)境中吸收水分，氣孔張開；在黑暗的環(huán)境中則剛好相反，氣孔便關(guān)閉。

6光合作用過程中淀粉和蔗糖的合成

光合作用的主要產(chǎn)物是糖類，包括單糖(葡萄糖和果糖)，雙糖(蔗糖)和多糖(淀粉)，其中以淀粉和蔗糖最為普遍。淀粉是在葉綠體中合成的，當(dāng)卡爾文循環(huán)產(chǎn)生丙糖磷酸時(shí)，經(jīng)過葉綠體各種酶的催化，先后形成果糖-1，6-二磷酸、果糖-6-磷酸、葡糖-1-磷酸、ADP-葡糖，最后形成淀粉；蔗糖是在細(xì)胞質(zhì)溶膠中合成的，卡爾文循環(huán)產(chǎn)生的丙糖磷酸通過磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)體運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)溶膠，在各種酶的作用下，丙糖磷酸先后轉(zhuǎn)變?yōu)楣?1，6-二磷酸、果糖-6-磷酸、葡糖-6-磷酸、葡糖-1-磷酸、UDP-葡糖、蔗糖-6-磷酸，最后合成蔗糖并釋放Pi，Pi通過磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)體運(yùn)輸?shù)饺~綠體。