植物組織培養基中添加蔗糖的原因

高中生物的質壁分離實驗中，用的分離劑是蔗糖溶液，能使成熟的植物細胞發生質壁分離，但因為蔗糖不能進入植物細胞內，故不能自動復原；而在植物組織培養時，培養基里要加入蔗糖，難道就不會發生質壁分離嗎?那么植物組織培養時植物細胞如何吸收利用蔗糖?

植物組織培養的初期(即再分化之前)，用于培養的外植體(用于培養的離體的植物組織、器官或細胞)基本上不能進行光合作用，需要在培養基中添加一些碳水化合物以供植物正常生活的需要。培養基中的碳水化合物通常是蔗糖，蔗糖除作為培養基內的碳源和能源物質外，對維持培養基的滲透壓也起重要作用。

蔗糖能進入植物細胞被利用嗎?早在20世紀40年代，有人曾做過這樣的實驗：將標記的蔗糖溶液直接噴灑到葉表面，剝去一小片葉表皮或角質層，蔗糖溶液就能進入細胞，這與外植體從培養基中吸收蔗糖極其相似；研究人員在葉片的韌皮部發現了一系列蔗糖運輸載體，包括菠菜蔗糖載體、馬鈴薯蔗糖載體StSUT1、車前草蔗糖-H⁺共運輸載體PmSUC2和2個擬南芥蔗糖運輸載體suc1和suc2；另有學者證明：在0.3g／mL(相當于30％)蔗糖溶液中，植物細胞發生質壁分離后可自動復原；另外在植物體內的莖和葉中都能夠合成蔗糖，是光合作用的主要產物之一，并且可以向其他部位運輸轉移，也是植物體內運輸的主要形式；這些實驗都充分表明了植物細胞可以吸收蔗糖(而在高中一般是說蔗糖分子不能進入細胞的)。

蔗糖分子是通過次級主動運輸形式直接被植物細胞吸收。次級主動運輸是細胞利用初級主動運輸的ATP酶或質子泵建立的質子梯度進行的物質運輸，并非直接利用ATP水解釋放的能量。經科學家研究，其吸收過程大致如下：質子泵將質子泵出細胞，胞外形成較高的質子濃度，建立起細胞內外的濃度梯度，這樣，胞外的質子順著濃度梯度趨向于向胞內擴散。細胞膜上的特殊載體(蔗糖一質子同向共運輸載體)除運輸質子外，連同蔗糖一起轉運至細胞內，這是一種蔗糖一質子同向共運輸。

植物組織培養中之所以以蔗糖作為碳源，主要有三個方面的原因：首先，同樣作為碳源為植物細胞提供能量來源，蔗糖較葡萄糖能更好地調節培養基內的滲透壓。配制相同質量分數的培養基，蔗糖形成的滲透壓要明顯低于葡萄糖，因此若采用葡萄糖作為碳源，易使植物細胞脫水而生長不良。同時，植物細胞吸收蔗糖的速率要明顯慢于吸收葡萄糖的速率，所以蔗糖形成的滲透壓可相對長期的保持穩定。其次，植物組織培養過程中，要時刻注意防止培養基受到微生物的污染。微生物生長所需的碳源最常用的是葡萄糖，一般很少利用蔗糖。因此，采用蔗糖作為培養基的碳源，可一定程度上減少微生物的污染。再次，誘導作用，在培養基成分中，增加生長素的濃度，導致木質部形成，增加蔗糖濃度則導致韌皮部形成。當生長素水平恒定時，2％蔗糖使分化出的全部是木質部，4％蔗糖使分化出的幾乎全部是韌皮部，3％蔗糖則可以分化出兩者。所以，生長素和蔗糖濃度決定愈傷組織中維管束的類型與數量。因此，在植物組培中要選用蔗糖而不選用葡萄糖。

植物組織培養中，培養基中的蔗糖濃度較低的，一般為3％～10％，而質壁分離中的蔗糖濃度為30％，可見兩者濃度差距之大，質壁分離由于時間短，吸收速度緩慢，細胞吸收的量很少，而不是不能吸收，不足以對細胞液滲透壓造成影響，才會出現質壁分離現象。因而只要濃度不是過高，時間又足夠長，那么蔗糖就可以進入植物細胞內而被植物利用。同時植物體內有蔗糖轉化酶，可以吸收和利用蔗糖，而且轉化酶在高等植物蔗糖代謝中起著關鍵的作用，研究表明，轉化酶參與植物的生長、器官建成、糖分運輸等多項功能，因此在植物培養基中加蔗糖。