高中生物学教学中涉及的蔗糖和淀粉

李 占

(安徽省亳州市涡阳县涡阳第一中学 233600)

1植物中的蔗糖和淀粉

1.1 蔗糖的理化性质 蔗糖是重要的二糖，由1分子葡萄糖和1分子果糖组成，属于非还原性糖，化学性质比较稳定，一般不发生反应，除非酶的催化水解。光合产物运输的主要形式是蔗糖[1]。

1.2 淀粉的的理化性质和分类 淀粉是植物生长期间以淀粉粒形式贮存于细胞中的贮存多糖。它在种子、块茎和块根等器官中含量特别丰富。淀粉粒为水不溶性的半晶质，在偏振光下呈双折射。淀粉粒的形状(有卵形、球形、不规则形)和大小(直径1～175μm)因植物来源而异。

淀粉有直链淀粉和支链淀粉两类。直链淀粉含几百个葡萄糖单元；支链淀粉含几千个葡萄糖单元。在天然淀粉中直链的占20%～26%，它是可溶性的，其余的则为支链淀粉。当用碘溶液进行检测时，直链淀粉液呈显蓝色，而支链淀粉与碘接触时则变为红棕色[2]。原因是：具有长螺旋段的直链淀粉可与长链的聚I3形成复合物并产生蓝色。直链淀粉-碘复合物含有19%的碘；支链淀粉-碘复合物则为微红至紫红色[3]，这是因为支链淀粉的支链对于形成长链的聚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，需要加热)或淀粉酶的催化下水解：(C6H10O5)n(淀粉)+nH2O→nC6H12O6(葡萄糖)。

1.4 蔗糖和淀粉在植物体内的作用 蔗糖是光合作用的产物之一，可以水解成单糖，为植物提供能量，蔗糖还可以为许多多聚体提供碳源，尤其是很多生物大分子的碳链骨架。

淀粉作为植物体内的储能物质，可以为人体提供能量，淀粉在人体内先被唾液淀粉酶分解成麦芽糖，然后麦芽糖分解成葡萄糖。葡萄糖经过糖酵解过程生成丙酮酸；或者淀粉直接分解成糖酵解中间产物葡萄糖-1-磷酸(这一部分没来得及和唾液充分混合)，然后生产丙酮酸。丙酮酸又和酶结合生成乙酰辅酶A，然后进入柠檬酸循环圈。柠檬酸循环圈里面每消耗1个葡萄糖，生成6个NADH，2个FADH2(电子载体)，然后在线粒体膜结构内这些电子通过ATPase生成大量的ATP。

2植物细胞质壁分离与复原实验中使用蔗糖溶液的优点和缺点

植物细胞质壁分离和复原实验是高中生物学重点实验之一，也是高考的热点问题。质壁分离的原理是植物细胞的原生质层(细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质)相当于半透膜，外界溶液和细胞液存在浓度差，当外界溶液大于细胞液浓度，单位时间内进入细胞的水分少于单位时间内进入外界溶液的水分，表现为细胞渗透失水，使细胞壁和原生质体缩小，由于前者的伸缩性小于后者，导致细胞膜与细胞壁分离，即质壁分离。随着时间的延长，分离现象越来越明显，液泡因明显缩小而颜色加深；反之，当外界溶液小于细胞液浓度时，细胞会发生渗透吸水，发生质壁分离复原。

质壁分离常用的蔗糖溶液浓度为0.03g/mL，选择蔗糖的优点[4]：①蔗糖分子比较大，不容易通过原生质层；② 0.03g/mL蔗糖溶液质壁分离现象比较稳定，可以长时间观察。但蔗糖溶液也存在一些不足：①蔗糖溶液处理的时间比较长；②蔗糖溶液放置时间长容易被微生物污染，需要现配现用[5]。

3蔗糖在植物组织培养过程中的作用

通常，在植物组织培养中，培养基碳源中使用得最多的是蔗糖，主要原因是：①蔗糖经高压灭菌后，大部分可分解为葡萄糖和果糖，有利于植物的吸收和利用[6]，剩余的蔗糖经蔗糖酶水解成葡萄糖和果糖，为培养物的生长发育和代谢提供能量；②糖对培养基的渗透压起决定性作用，而渗透压又影响植物细胞脱分化、再分化及器官的形成。相同质量的葡萄糖和蔗糖相比，蔗糖的渗透压低一些。因此，离体培养中使用蔗糖能更好地调节渗透压。③蔗糖不是微生物利用的直接能源，可以有效减少培养基的污染；④蔗糖具有一定的诱导作用，一定浓度的蔗糖具有诱导植物韧皮部形成的能力。

4淀粉与探究温度对酶活性影响实验

探究温度对酶活性的影响和酶活性的最适温度的实验都经常用淀粉作为底物，一方面淀粉比较稳定；另一方面淀粉的检测比较简单，不需要加热，试剂配置也比较简便。

5淀粉与气孔开关的关系

气孔是蒸腾过程中水分从体内排出体外的主要通道。气孔的运动主要受保卫细胞液泡水势的调节，淀粉-糖的转化是影响因素之一。保卫细胞光合作用消耗CO2，细胞质中的pH增高，淀粉水解成可溶性糖，保卫细胞的水势下降，从周围环境中吸收水分，气孔张开；在黑暗的环境中则刚好相反，气孔便关闭。

6光合作用过程中淀粉和蔗糖的合成

光合作用的主要产物是糖类，包括单糖(葡萄糖和果糖)，双糖(蔗糖)和多糖(淀粉)，其中以淀粉和蔗糖最为普遍。淀粉是在叶绿体中合成的，当卡尔文循环产生丙糖磷酸时，经过叶绿体各种酶的催化，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；蔗糖是在细胞质溶胶中合成的，卡尔文循环产生的丙糖磷酸通过磷酸转运体运输到细胞质溶胶，在各种酶的作用下，丙糖磷酸先后转变为果糖-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，最后合成蔗糖并释放Pi，Pi通过磷酸转运体运输到叶绿体。