植物组织培养时植物细胞如何利用蔗糖? 植物单细胞培养

植物组织培养时植物细胞如何利用蔗糖? 植物单细胞培养

问题的提出:

高中生物作质壁分离实验时,用的是蔗糖溶液,,能发生质壁分离但不能自动复原。因为蔗糖不能进入植物细胞内。

但是,在植物组织培养时,培养基里明明含有蔗糖,那么植物组织培养时植物细胞如何利用蔗糖?

参考答案:

蔗糖分子是可以进入到植物细胞内部去的。但由于受浓度的影响。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,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,才会出现壁分离现象。

组织培养中蔗糖是被动扩散的形式进入细胞,但是在笔分离质壁分离时,的蔗糖怎么不进入细胞液?她说:还是要进入的,只不过与单位时间水分的移动相比,就不是主要矛盾了!

《植物生理学》高教版(潘瑞炽)第10页,关于质壁分离的论述,以及韩贻仁著的《分子细胞生物学》(科学版)中关于物质跨膜运输的叙述,认为,只要浓度不是过高,时间又足够长,那么蔗糖就可以以被动扩散的形式进入植物细胞内。

蔗糖能进入细胞吗?

在生物技术与实践模块“植物组织培养”中,提到培养基中要加入蔗糖作为碳源,为外植体生长提供营养物质,由此推测,蔗糖分子能进入植物细胞为其代谢活动提供营养和能量。

而在分子与细胞 模块“观察植物细胞的植壁分离与复原”实验中,用0.3g/ml蔗糖溶液使洋葱鳞叶外表皮细胞发生植壁分离现象,之后用清水使其植壁分离后复原。由此很多人提出:蔗糖分子不能进入植物细胞。

蔗糖分子能否进入植物细胞呢?

为了解决这个疑惑,笔者查阅了有关资料,得出初步的答案如下:

早在20世纪40年代,有人曾做过这样的实验:将标记的蔗糖溶液直接喷洒到叶表面,剥去一小片叶表皮或角质层,蔗糖溶液就能进入细胞,这与外植体从培养基中吸收蔗糖极其相似。另外也有学者证明了:在0.3g/ml蔗糖溶液中,植物细胞发生质壁分离后可自动复原。这些实验都充分表明了植物细胞可以吸收蔗糖。

那么,蔗糖到底如何被细胞吸收的呢?

第一种说法:蔗糖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除运输质子外,连同蔗糖一起转运至细胞内。

第二种说法:在植物细胞的细胞壁、细胞质和液泡都存在着蔗糖酶,蔗糖首先被水解为葡萄糖和果糖,这些单糖分子再以主动运输方式进入细胞。

植物细胞的培养基成分问题

研究人员在叶片的韧皮部发现了一系列蔗糖运输载体,包括菠菜蔗糖载体(Riesmeier等,1992)、马铃薯蔗糖载体StSUT1(Riesmeier等,1993)、车前草蔗糖-H+共运输载体PmSUC2(Gahrtz等,1994)和2个拟南芥蔗糖运输载体suc1和suc2(Sauer和Stolz,1994)。

在教材中的质壁分离实验中,的确谈到蔗糖不能通过原生质层.实质上是蔗糖进入的速度非常慢,而不是完全不能进入.蔗糖进入的原因是一种主动运输形式.

还有一种可能,洋葱表皮细胞的细胞膜上没蔗糖载体,而植物组织培养中所培养的细胞含有运输蔗糖的载体.

蔗糖能进入植物细胞的论证

<<生物学通报>>2008年第43卷第01期

作者:毕诗秀,

期刊QCode: swxtb200801023

在足够长的时间内,控制一定的条件,在蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞发生质壁分离及自动复原现象.在植物组织培养基中分别用蔗糖和葡萄糖作碳源,比较观察外植体的生长发育状况,实验结果表明蔗糖分子可以进入植物细胞并被利用。

胡老师观点:

首先申明:我不是科研人员,所有结论为服务于高中生物教学。

我认为:

1、蔗糖是可以进入植物组织细胞的,可以作为植物组织培养的营养物质来源。但运输方式现在还有待权威机构的进一步实验论证。

2、植物组织培养过程中采用蔗糖而不采用葡萄糖,也许这是一个很重要的原因;另外,蔗糖是植物细胞特有的二糖,没有理由植物细胞本身不能利用;其三,蔗糖应该比葡萄糖在实际实验操作中,成本更低。

3、高中生物实验《成熟植物细胞的质壁分离与复原》实验中,我们一般认为:

(1)用一定浓度的尿素或硝酸钾溶液,可以先导致成熟植物细胞发生质壁分离,然后出现自动复原,是因为先是外界溶液浓度大于细胞液浓度,细胞失水发生质壁分离,但是后来由于尿素或硝酸钾溶液被吸收进入细胞,细胞液浓度上升而外界溶液浓度下降,故细胞由失水转为吸水而发生质壁分离后自动复原。

(2)使用蔗糖溶液做质壁分离时,浓度为0.3g/mL,这时植物细胞发生了质壁分离,而且不发生质壁分离复原。这个观点和说法欠妥当,也没有权威的说明,植物细胞在蔗糖溶液中不发生质壁分离复原这个说法在高中生物教材中并未提及,(可以理解为发生质壁分离复原时间较慢)但在很多高中生物教师和学生心中都一直存在这个误解。

产生误解的原因来自于下面这个高考题:

用2mol/L的乙二醇溶液和2mol/L的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞,观察质壁分离现象,得到其原生质体体积的变化情况如右图所示。请据图回答:


(1)原生质体体积在A→B段的变化说明:在该段时间内水分从原生质体,细胞液浓度

(2)在1分钟后,处于2mol/L蔗糖溶液中的细胞,其细胞液浓度将,此时,在细胞壁一原生质层之间充满了。要使该细胞复原,应将其置于中。

(3)在1分钟后,处于2mol/L乙二醇溶液中的细胞,其原生质体体积的变化是由于逐渐进入细胞内,引起细胞液浓度。由此推断乙二醇跨膜运输的方式为

(4)并不是该植物的所有生活细胞均可发生质壁分离。能发生质壁分离的细胞还必须具有的结构是成熟的植物细胞相当于半透膜的结构称为

参考答案:(1)渗出,变大(2)稳定不变,蔗糖溶液,清水

(3)乙二醇,增大,自由扩散(被动运输)(4)大液泡 ,原生质层

根据前面的解释,因为蔗糖可能被细胞外的蔗糖酶分解(或者被直接运输吸收进入植物细胞),会导致细胞液浓度升高,而外界溶液浓度降低,蔗糖溶液不可能长时间使细胞处于质壁分离状态,应该会在一段时间后出现质壁分离自动复原的。

另外,本例题还可以判断,由于横坐标为300,可以视为一个较短的时间段,在一个较短的时间段内,细胞在蔗糖溶液中发生了质壁分离但没有发生复原,至少现象不明显,这样的解释能够被我们所接受。

  

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