高等植物中的蔗糖转化酶

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植物细胞能吸收蔗糖吗？

教材拓展：植物细胞能吸收蔗糖吗？不少师生认为，蔗糖不能被植物细胞吸收，其实蔗糖分子是可以进入植物细胞的。

植物组织培养中，培养基中的蔗糖浓度较低，而质壁分离实验中的蔗糖浓度很高，质壁分离的时间短，细胞吸收蔗糖的量很少，在短时间内不足以影响细胞液渗透压，由此才出现壁分离现象。

植物细胞内有蔗糖转化酶，在高等植物蔗糖代谢中起着关键的作用。

培养基中添加蔗糖而不是葡萄糖，是以大量实验为基础的。

大量实验表明，蔗糖能支持绝大多数植物离体培养物的旺盛生长，因此被作为植物组织培养的标准碳源而广泛应用，大多数合成培养基也均以蔗糖作为唯一的碳源。

其中的原因可能有下列几个方面：①同样作为碳源和能源物质，蔗糖较葡萄糖能更好地维持培养基内的低渗环境。

配制相同质量分数的培养基，蔗糖形成的渗透压要明显低于葡萄糖，若采用葡萄糖作为碳源，易使植物细胞脱水而生长不良。

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较长时间地保持相对稳定。

②植物组织培养过程中，要特别注意防止培养基受到微生物的污染。

微生物生长所需的碳源最适合的是葡萄糖，而较少利用蔗糖，因此采用蔗糖作为培养基的碳源，可在一定程度上减少微生物的污染。

③从能源供应来说，相同物质的量浓度下，蔗糖比葡萄糖提供的能量多。

问题2：在人教版高中生物教材中下列2处的叙述易于产生矛盾。

1、在质壁分离与复原实验中，教材的意思明显是把蔗糖当做不能被植物细胞吸收来处理的。

2、在植物组织培养中，利用蔗糖作为碳源，教材的意思变成了蔗糖可以被植物细胞吸收。

学生特别难理解如果组培时蔗糖可以被吸收，那么30%蔗糖所致的质壁分离就会自动复原，为什么还要用水来处理？我们教师在做质壁分离与复原实验的时候，最好先给学生说清楚，蔗糖不是不被吸收，而是吸收速率太慢。

这样在后面处理组培时用蔗糖做碳源，就更顺当一些。

教材中认为蔗糖当做不能被植物细胞吸收的地方有两个：1、质壁分离与复原实验。

2、教材必修1的30页，二糖必须分解成单糖才能被细胞吸收。

植物研究进展植物中蔗糖酶的研究进展

植物研究进展植物中蔗糖酶的研究进展司丽珍等:植物中蔗糖酶的研究进展植物中蔗糖酶的研究进展司丽珍①储成才②(中国科学院遗传与发育生物学研究所北京100101)摘要在大多数高等植物中, 蔗糖是碳水同化产物由源向库运输的主要形式。

在库中, 蔗糖酶可以把蔗糖水解为葡萄糖和果糖, 以满足植物生长发育中对碳源和能源的需求。

本文综述了近年来有关蔗糖酶的一些研究进展, 包括蔗糖酶的分类、基本性质、基因结构、酶活性的调节以及功能等。

关键词植物, 蔗糖酶, 活性调节, 功能称为胞外蔗糖酶。

不同的蔗糖酶进行反应所需的最0 引言植物在叶片中(源组织) 通过光合作用将C O 2固定成碳水化合物, 然后运向非光合组织(库组织) 。

植物大多以非还原性二糖如蔗糖的形式完成碳水同化产物由源到库的运输。

在库组织中, 蔗糖被分解为己糖, 为植物生长发育提供碳源和能源。

蔗糖分解主要由蔗糖合成酶(EC2. 4. 1. 13) 或蔗糖酶(E C3. 2. 1. 26) 来完成。

蔗糖合成酶是一糖基转移酶, 在尿苷二磷酸(UDP ) 存在下把蔗糖转化为尿苷二磷酸葡萄糖和果糖。

蔗糖酶是一水解酶, 把蔗糖水解为葡萄糖和果糖。

蔗糖酶有多种同工酶, 分别处于不同的亚细胞位置, 生化特性也不尽相同[1, 2]。

虽然对它们的功能特异性还不太清楚, 但已确知蔗糖酶在植物中主要参与对蔗糖不同利用途径的调节。

由于糖在植物中不仅是作为能源, 而且也是基因表达的重要调节物质之一, 因此蔗糖酶也间接参与细胞分化和植物发育的调控。

鉴于此, 蔗糖酶的研究无论在理论上还是在实际上都具有重要意义而备受重视。

本文就近年来有关研究进展做一介绍。

适pH 值也有所不同, 由此蔗糖酶又可分为酸性蔗糖酶和中性/碱性蔗糖酶。

液胞型蔗糖酶和细胞壁型蔗糖酶在pH 4. 5至5. 0时催化效率最高, 因此也称为酸性蔗糖酶。

细胞质型蔗糖酶水解蔗糖的最适pH 值为中性或略微偏碱性, 因此称为中性/碱性蔗糖酶。

干旱对甘蔗及其近缘植物蔗糖代谢的影响

杨　善，方　欣，张倩倩，等．干旱对甘蔗及其近缘植物蔗糖代谢的影响［Ｊ］．江苏农业科学，２０２３，５１（１８）：９４－１００．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２３．１８．０１４干旱对甘蔗及其近缘植物蔗糖代谢的影响杨　善，方　欣，张倩倩，龚茂健，周鸿凯，莫俊杰（广东海洋大学滨海农业学院，广东湛江５２４０８８）摘要：研究甘蔗及其近缘植物蔗糖代谢对干旱胁迫的响应，为进一步研究干旱胁迫下甘蔗糖代谢分子机制提供理论参考。

以２个甘蔗栽培种（Ｂａｄｉｌａ、ＲＯＣ２２）、割手密、斑茅为材料，采用桶栽试验法，在伸长期初期进行干旱胁迫处理，测定土壤含水量、细胞膜透性、可溶性糖含量、蔗糖含量以及蔗糖磷酸合成酶（ＳＰＳ）、蔗糖合成酶（ＳＳ）、酸性转化酶（ＡＩ）、中性转化酶（ＮＩ）的活性，并进行偏相关分析。

结果表明，随着干旱胁迫天数增加，甘蔗及其近缘植物的细胞膜透性、可溶性糖含量、蔗糖含量均呈不断上升趋势，ＳＰＳ和ＳＳ活性呈先升后降趋势，ＡＩ和ＮＩ活性呈不断下降趋势。

偏相关结果表明，蔗糖含量与土壤含水量呈极显著负相关，蔗糖含量与ＳＰＳ、ＳＳ活性呈极显著正相关，与ＡＩ、ＮＩ活性呈极显著负相关。

因此，干旱胁迫下，伸长期甘蔗及其近缘植物中蔗糖为主要的渗透调节糖类物质，其蔗糖合成途径被激活，合成更多蔗糖调节细胞渗透势；而蔗糖分解途径被抑制，进而抑制植株正常生长发育。

关键词：干旱胁迫；甘蔗；ＳＰＳ；ＳＳ；糖代谢；ＡＩ；ＮＩ中图分类号：Ｓ５６６．１０１文献标志码：Ａ文章编号：１００２－１３０２（２０２３）１８－００９４－０７收稿日期：２０２２－１１－０８基金项目：广东省农业科技创新及推广体系建设项目（编号：２０２０ＫＪ２６４）。

作者简介：杨　善（１９８７—），男，广西贺州人，博士，讲师，主要从事甘蔗抗逆研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｎｙａｎｇ＠ｇｄｏｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

通信作者：周鸿凯，硕士，研究员，主要从事甘蔗抗逆生理研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｈｋ＠ｇｄｏｕ．ｅｄｕ．ｃｎ；莫俊杰，博士，助理研究员，主要从事作物抗逆育种研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｏｊｊ＠ｇｄｏｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

甘蔗叶片中蔗糖代谢酶活性及糖含量动态变化特征分析

㊀第45卷第2期2023年4月中国糖料Sugar Crops of China Vol.45,No.2Apr. 2023doi :10.13570/ki.scc.2023.02.007http :// 收稿日期:2022-06-17基金项目:2019年海南省基础与应用基础研究计划(自然科学领域)高层次人才项目(2019RC 301);国家重点研发计划项目(2018YFD 1000503);财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系(甜菜)建设项目(CARS -170301)资助㊂第一作者:赵婷婷(1983-),女,山西长治人,助理研究员,博士,研究方向为甘蔗基因工程,E -mail :zhaotingting @ ㊂通信作者:张树珍(1965-),女,云南楚雄人,研究员,博士,研究方向为甘蔗生物技术,E -mail :zhangsz 2007@ ㊂甘蔗叶片中蔗糖代谢酶活性及糖含量动态变化特征分析赵婷婷,杨本鹏,王俊刚,甘仪梅,张树珍(中国热带农业科学院热带生物技术研究所农业部热带作物生物学与遗传资源利用重点实验室/海南热带农业资源研究院海南省热带农业生物资源保护与利用重点实验室/中国热带农业科学院甘蔗研究中心,海口571101)摘㊀要:为研究甘蔗叶片中蔗糖代谢酶活性及糖含量变化,解析甘蔗源-库糖分积累调控机制,分别对分蘖期㊁拔节期㊁成熟期新台糖22号甘蔗成熟叶片中蔗糖磷酸合成酶㊁蔗糖合成酶㊁酸性转化酶㊁中性转化酶的活性及叶片中蔗糖和还原糖含量采用比色法进行测定㊂结果表明随着茎秆生长及糖分积累,甘蔗叶片中蔗糖磷酸合成酶活性从10.3μmol /(gFW ㊃h )逐渐升高至14.6μmol /(gFW ㊃h ),成熟期甘蔗叶片中蔗糖磷酸合成酶活性显著降低至5.3μmol /(gFW ㊃h );甘蔗叶片中蔗糖合成酶在茎秆中糖分积累时蔗糖合成活性由14.0μmol /(gFW ㊃h )降低至9.1μmol /(gFW ㊃h );分蘖期甘蔗叶片中蔗糖转化酶活性介于26.0~30.2μmol /(gFW ㊃h ),而成熟期甘蔗叶片中蔗糖转化酶活性显著降低至13.9~16.4μmol /(gFW ㊃h )㊂甘蔗叶片中蔗糖含量在茎秆中糖分积累时达到最高20.57mg /gFW ;分蘖期甘蔗叶片中还原糖含量2.1mg /gFW ,而拔节期㊁成熟期甘蔗叶片中还原糖含量分别升高至5.45mg /gFW 和7.15mg /gFW ㊂甘蔗叶片中蔗糖磷酸合成酶活性与蔗糖含量呈正相关,表明甘蔗叶片中蔗糖磷酸合成酶直接调控蔗糖合成㊂研究结果表明叶片中蔗糖磷酸合成酶及蔗糖含量积极响应茎秆中糖分积累信号,蔗糖磷酸合成酶是甘蔗源-库糖分积累调控的关键作用靶点,进一步解析甘蔗叶片中蔗糖磷酸合成酶调控网络可为甘蔗糖分性状改良提供理论依据㊂关键词:甘蔗;蔗糖代谢;蔗糖代谢酶;糖含量中图分类号:S 566.1㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A 文章编号:1007-2624(2023)02-0047-07赵婷婷,杨本鹏,王俊刚,等.甘蔗叶片中蔗糖代谢酶活性及糖含量动态变化特征分析[J ].中国糖料,2023,45(2):47-53.ZHAO Tingting ,YANG Benpeng ,WANG Jungang ,et al.The change characteristic analysis of enzymes for sucrose metabolism activity and sugar contents in sugarcane leaves [J ].Sugar Crop of China ,2023,45(2):47-53.0㊀引言甘蔗(Saccharum spp .)是一种高光效C 4植物,是世界上重要的糖料和能源作物,甘蔗产糖约占我国食糖总量的80%以上㊂甘蔗茎秆中糖含量直接决定甘蔗品种的经济价值㊂蔗糖是甘蔗光合同化物合成㊁运输㊁积累的主要形式[1]㊂甘蔗茎秆中积累的糖分来自于源端叶中光合作用合成的蔗糖,叶片中蔗糖含量决定韧皮部蔗糖装载的量,进一步影响库端茎秆中蔗糖的利用及积累㊂蔗糖代谢酶催化叶片中蔗糖的合成与分解,直接调控叶片中蔗糖含量和进入韧皮部装载的蔗糖量㊂对不同生长时期甘蔗叶片中催化蔗糖合成与分解的酶活性及糖84中国糖料2023含量动态变化特征进行分析,可以揭示甘蔗叶片中糖分合成对茎秆中糖分积累的响应及调控模式㊂甘蔗叶片中蔗糖含量受蔗糖合成相关酶和分解相关酶的动态调控㊂蔗糖磷酸合成酶(Sucrose phosphate synthase,SPS;EC2.4.1.14)和磷酸蔗糖磷酸酶(Sucrose phosphate phosphatase,SPP;EC3.1.3.24)催化蔗糖合成,SPS是蔗糖合成调控的关键酶[2]㊂蔗糖合成酶(Sucrose synthase,SS;EC2.4.1.13)既可以将蔗糖催化水解成UDP-葡萄糖(ADP-葡萄糖)和果糖,又可以将UDP-葡萄糖和果糖催化合成蔗糖[3]㊂蔗糖可以被转化酶(Invertase,INV;EC3.2.1.26)不可逆分解为葡萄糖和果糖,供给植物细胞的生长发育营养需求及细胞内己糖的积累㊂根据最适反应pH值,可以将INV分为酸性转化酶(Soluble acidic invertase,SAI)和中性转化酶(Neutral Invertase,NI),酸性转化酶包括细胞壁转化酶和液泡转化酶,中性转化酶存在于细胞质中㊂甘蔗叶片和茎秆中均存在SPS㊁SS㊁SAI㊁NI活性,蔗糖代谢酶活性共同决定植物中蔗糖含量和生物量的积累[3-6]㊂源叶中SPS直接调控蔗糖合成速率㊁蔗糖含量及蔗糖输出量,SS参与调控叶片生长发育,调节叶片中蔗糖和果糖含量,参与淀粉及纤维素等多糖的合成[7-9]㊂INV调节叶片中糖稳态㊁碳水化合物分配㊁响应细胞内外糖信号㊁激素信号,调控叶片的生长发育㊁衰老及对逆境的响应等生物学过程[10]㊂叶片中SPS㊁SS㊁SAI㊁NI分工协作,共同调控叶片中蔗糖和己糖含量,以不同方式响应细胞内糖信号,动态调节叶片中蔗糖合成输出及碳水化合物分配以维持细胞正常生长需要[3]㊂甘蔗生长早期,叶片中光合作用合成的蔗糖主要用于植株生长发育,后期主要用于糖分的积累㊂甘蔗中蔗糖合成㊁运输㊁积累形成一种源-库反馈平衡调节机制㊂源端叶片中蔗糖合成调节蔗糖供给,库端茎秆中蔗糖积累反馈调节源端蔗糖合成速率[11]㊂研究表明甘蔗中源-库平衡机制决定甘蔗茎秆中糖含量[11-12]㊂然而甘蔗中源-库反馈调节糖分分配,并最终决定茎秆中糖分积累水平的关键作用因子及分子调控机制还不清楚㊂蔗糖代谢酶控制甘蔗叶片中蔗糖含量并影响甘蔗茎秆中糖分积累,为了探讨甘蔗叶片中蔗糖代谢酶对源-库糖分合成与积累的响应机制,对甘蔗不同生长时期叶片中的四种蔗糖代谢酶活性和糖含量动态变化进行分析,以期解析甘蔗叶片中蔗糖代谢酶活性动态变化特征㊁酶活性差异㊁糖含量及对茎秆中糖分积累的响应方式,为进一步系统解析甘蔗中源-库糖分合成与积累反馈机制奠定基础㊂1㊀材料与方法1.1㊀材料供试甘蔗品种新台糖22 ,种植于中国热带农业科学院热带生物技术研究所临高试验基地㊂采用随机区组排列,设3个重复,株距0.35m,行距1.3m,每行10m,肥力中等㊂1.2㊀试验设计在甘蔗植株生长的分蘖期㊁拔节前期㊁拔节后期㊁成熟期,在光照充足条件下,取样时间上午9 11点,随机选取供试品种9株生长健壮甘蔗植株+1叶,剪取叶中部位置,去叶脉,将9片叶混合剪碎,各称取1g装入2mL离心管中,放入液氮中冻存备用㊂1.3㊀测定方法分别测定分蘖期㊁拔节前期㊁拔节后期㊁成熟期植株+1叶中的蔗糖㊁还原糖含量及蔗糖合成酶活性㊂将1g剪碎的叶片置于研钵中充分研磨成粉末,糖分提取按照Zhu等[13]的方法,蔗糖含量测定参考van Handel[14]的方法,还原糖含量测定参考王俊刚等[15]的方法㊂酶液提取方法及酶促反应体系参考Zhu等[13]的方法,蔗糖磷酸合成酶㊁蔗糖合成酶活性以37ħ最适pH条件下,反应1h合成的蔗糖量来表示,单位为μmol蔗糖/(gFW㊃h)㊂酸性转化酶㊁中性转化酶以37ħ最适pH条件下,反应1h生成的葡萄糖的量来表示,单位为μmol葡萄糖/(gFW㊃h)㊂1.4㊀数据分析利用Excel和SPSS软件对数据进行统计分析及作图㊂㊀第45卷,第2期赵婷婷,等:甘蔗叶片中蔗糖代谢酶活性及糖含量动态变化特征分析2㊀结果与分析2.1㊀不同生长时期甘蔗叶片中四种蔗糖代谢酶活性变化分析为解析甘蔗不同生长时期叶片中的蔗糖代谢酶活性变化(图1SPS ),分别测定分蘖期㊁拔节前期㊁拔节后期㊁成熟期甘蔗植株+1叶中的四种蔗糖代谢酶活性,结果表明从分蘖期到拔节期甘蔗叶片中SPS 酶活性逐渐升高,到拔节后期甘蔗叶片中SPS 酶活性显著升高(p <0.01),合成蔗糖活性达到最高值14.6μmol /(gFW ㊃h ),而在成熟期甘蔗叶片中SPS 酶活性显著降低(p <0.01),合成蔗糖活性降至5.3μmol /(gFW ㊃h ),表明随着甘蔗茎秆库中糖分快速积累,源叶中SPS 酶响应库中糖分积累需求促进源叶中蔗糖合成,在甘蔗茎秆库中糖分积累完成后,源叶中SPS 酶活性降低㊂从分蘖期到成熟期源叶中SS 酶活性变化趋势与SPS 活性变化趋势相反(图1SS ),从分蘖期到拔节后期SS 酶活性逐渐降低,在拔节后期SS 酶活性显著降低(p <0.01),合成蔗糖活性达到最低值9.1μmol /(gFW ㊃h ),成熟期时SS 酶活性较前一时期显著升高,合成蔗糖活性达到12.8μmol /(gFW ㊃h ),表明甘蔗叶片中SS 酶在甘蔗分蘖期和成熟期叶片蔗糖代谢过程中发挥重要作用,在甘蔗茎秆中糖分快速积累时期,叶片中低SS 酶活性可能有利于蔗糖的快速供给㊂对不同生长时期甘蔗叶片中的SAI 酶活性差异进行分析(图1SAI ),结果表明SAI 酶活性在分蘖期㊁拔节前期㊁拔节后期甘蔗叶片中的活性保持稳定没有变化,生成葡萄糖活性介于24.3~26.0μmol /(gFW ㊃h ),而在成熟期甘蔗叶片中SAI 酶活性显著降低,生成葡萄糖活性降低至16.4μmol /(gFW ㊃h ),表明在甘蔗快速生长及茎秆中糖分快速积累时期,叶片中SAI 酶活性都较高,参与调控叶片中蔗糖及己糖代谢,而在成熟期甘蔗叶片中低SAI 酶活性降低甘蔗叶片中蔗糖分解及己糖代谢㊂图1㊀不同生长时期甘蔗叶片中四种蔗糖代谢酶活性变化分析Fig.1㊀The activity change analysis of four sucrose metablismenzymes in leaves of sugarcane plants at different growth periods94中国糖料http :// 2023对不同生长时期甘蔗叶片中的NI 酶活性差异进行分析(图1NI ),结果表明在分蘖期甘蔗叶片中的NI 蔗糖转化酶活性最高,生成葡萄糖活性达到30.2μmol /(gFW ㊃h ),在拔节前期㊁拔节后期㊁成熟期甘蔗叶片中的NI 酶活性显著降低,生成葡萄糖活性分别为17.2μmol /(gFW ㊃h )㊁20.3μmol /(gFW ㊃h )㊁13.9μmol /(gFW ㊃h ),表明叶片中NI 蔗糖转化酶在分蘖期甘蔗生长过程中发挥重要作用,在拔节期和成熟期叶片中NI 酶活性降低可能有利于促进甘蔗茎秆中糖分积累㊂2.2㊀不同生长时期甘蔗植株叶片中蔗糖代谢酶活性差异分析对不同生长时期甘蔗叶片中的SPS ㊁SS ㊁SAI ㊁NI 酶活性差异进行分析,结果表明在分蘖期㊁拔节期甘蔗叶片中的SAI ㊁NI 转化酶活性显著高于SPS ㊁SS 酶活性(图2),在成熟期甘蔗叶片中SS ㊁SAI ㊁NI 酶活性显著高于SPS 酶活性(图2),分蘖期NI 活性高于SAI ,拔节期和成熟期SAI 活性高于NI ,表明不同生长甘蔗叶片中SPS ㊁SS ㊁SAI ㊁NI 共同调控蔗糖代谢,且蔗糖转化酶SAI ㊁NI 在不同生长时期甘蔗叶片生长发育过程中起重要作用㊂图2㊀甘蔗叶片中四种蔗糖代谢酶活性差异分析Fig.2㊀The activity differences analysis of four sucrose metabolism enzymes in sugarcane leaves2.3㊀不同生长时期甘蔗叶片中糖含量分析分别对分蘖期㊁拔节前期㊁拔节后期㊁成熟期甘蔗叶片中的蔗糖和还原糖含量进行测定,结果表明在甘蔗叶片中,与分蘖期相比,在拔节前期甘蔗茎秆中糖分开始积累时,叶片中蔗糖含量显著降低,表明可能由于茎秆库糖分需求增加而导致叶片中蔗糖快速输出,致使叶片中蔗糖含量降低;而在拔节后期甘蔗叶片中蔗糖含量显著升高,达到最高值,有利于促进茎秆中糖分积累;在成熟期甘蔗茎秆中糖分积累完成后,叶片中蔗糖含量显著降低(见表1)㊂从分蘖期到成熟期甘蔗叶片中还原糖含量变化趋势与蔗糖含量相反,拔节期蔗糖含量下降时还原糖含量上升,蔗糖含量升高时还原糖含量降低,成熟期甘蔗叶片中蔗糖含量下降时还原糖含量上升(见表1)㊂甘蔗叶片中蔗糖与还原糖含量变化趋势正好相反,表明当叶片中蔗糖含量降低时,部分蔗糖被转化为还原糖,用于叶片细胞自身生长发育需要㊂05㊀第45卷,第2期赵婷婷,等:甘蔗叶片中蔗糖代谢酶活性及糖含量动态变化特征分析表1㊀不同生长时期甘蔗叶片中蔗糖和还原糖含量(mg/gFW)Table1㊀The sucrose and reducing sugar contents in leaves of sugarcane plants at different growth stages糖含量Sugar content分蘖期Tillering stage拔节前期Early elongation stage拔节后期Late elongation stage成熟期Maturation stage蔗糖含量Sucrose content17.64ʃ0.08Aa 6.53ʃ0.11Bb20.57ʃ0.28Cc17.86ʃ0.18aADd还原糖含量Reducingsugar content2.1ʃ0.1Aa9.86ʃ0.05Bb 5.45ʃ0.14Cc7.15ʃ0.1Dd2.4㊀甘蔗叶片中糖含量与蔗糖代谢酶活性相关性分析SPS蔗糖磷酸合成酶是甘蔗叶片中蔗糖合成的关键调控酶,对SPS酶活性与叶片中蔗糖含量相关性进行分析,结果表明在分蘖期㊁拔节后期㊁成熟期甘蔗叶片中,SPS酶活性与蔗糖含量呈正相关(r=0.804),进一步分析分蘖期㊁拔节后期㊁成熟期甘蔗叶片中SS㊁SAI㊁NI酶活性与蔗糖含量相关性,结果表明SS酶蔗糖合成活性与蔗糖含量呈负相关(r=-0.986),SAI㊁NI酶活性与蔗糖含量相关性低㊂对分蘖期㊁拔节后期㊁成熟期甘蔗叶片中SPS㊁SS㊁SAI㊁NI酶活性与还原糖含量相关性进行分析表明, SAI和NI酶活性与叶片中还原糖含量呈负相关(r=-0.857,r=-0.998),SPS和SS酶活性与叶片中还原糖含量相关性低㊂3㊀讨论甘蔗作为一种国内外重要的糖料作物,其糖分性状改良一直是甘蔗研究目标与热点㊂经过C14同位素标记分析表明甘蔗叶片中合成的蔗糖直接装载进入韧皮部进行长距离运输至茎秆储藏薄壁细胞中积累,绝大部分没有经过蔗糖水解及重新合成的过程[1]㊂因此甘蔗茎秆中积累的蔗糖量直接受叶片中光合作用蔗糖合成速率及韧皮部中蔗糖输出量的调控㊂已有研究表明甘蔗叶片中蔗糖代谢酶活性高低与甘蔗品种糖含量差异相关[13-14,16-18],本研究主要解析甘蔗叶片中蔗糖代谢酶活性和糖含量动态变化特征及叶片中蔗糖代谢酶活性变化是否响应茎秆中糖分积累进行探讨㊂SPS是植物调控蔗糖合成的关键酶,影响植物中糖分积累及最终产量㊂对6个不同糖含量印度甘蔗品种叶在240 420天的SPS酶活动态分析发现,从240天至360天SPS活性逐渐升高,到420天SPS活性显著下降[19]㊂本研究对甘蔗品种新台糖22 分蘖期到成熟期叶片中SPS酶活性进行分析表明,从分蘖期到拔节期酶活性升高,成熟期时显著降低,研究结果与Kalwade[19]一致㊂这些研究表明甘蔗源叶中SPS活性高低与库中蔗糖积累呈正相关㊂当库中蔗糖含量升高时,源端蔗糖合成活性也升高,在甘蔗生长后期,蔗糖积累完成后,源叶中SPS活性显著降低㊂这表明叶片中SPS酶活性变化响应茎秆中糖分积累,是源-库间糖分输出与积累调控的关键靶点,进一步揭示甘蔗叶片中调控SPS的分子作用网络,挖掘调控甘蔗糖分积累的关键因子,有利于促进甘蔗糖分性状改良㊂Kalwade[19]研究表明不同印度甘蔗品种叶片中SS酶活性变化趋势与SPS酶活性趋势一致,随着甘蔗茎秆中糖分积累SS酶活性逐渐升高,在茎秆中糖分积累完成后SS酶活性显著下降,并提出叶片中SPS和SS 共同调控甘蔗茎秆中糖分积累㊂而在本研究中不同生长时期新台糖22 甘蔗叶片中SS酶活性变化与SPS 酶活性变化趋势不一致,表明甘蔗叶片中SS酶活性变化调控机制与叶片自身的生长发育进程更为密切㊂已有研究表明,不同甘蔗品种叶片中转化酶活性,随着茎秆中糖分积累及甘蔗的成熟转化酶活性逐渐降低[13,19],本研究中新台糖22 甘蔗叶片中SAI和NI活性也是随着甘蔗生长及成熟逐渐降低,成熟期叶片中SAI㊁NI酶活性最低㊂进一步对不同生长时期中甘蔗叶片中的SPS㊁SS㊁SAI㊁NI酶活性差异进行比较分析,发现在甘蔗叶片中SAI㊁NI蔗糖转化酶活性高于SPS㊁SS酶活性,表明甘蔗叶片中SAI和NI参与调控甘蔗叶片生长发育,甘蔗生长早期活性高有利于己糖的快速利用,成熟期活性低有利于促进甘蔗茎秆中糖分1525中国糖料2023积累㊂对甘蔗叶片中的糖含量变化特征进行分析表明,叶片中蔗糖含量响应茎秆中糖分积累信号,叶片中蔗糖合成受茎秆中糖分积累的反馈调节㊂同时研究表明在分蘖期㊁拔节后期㊁成熟期甘蔗叶片中:SPS活性变化与蔗糖含量变化呈正相关,表明SPS直接调控叶片中蔗糖含量;SS蔗糖合成酶活性与叶片中蔗糖含量负相关,可能与SS多参与调控植物中多糖合成有关[7];SAI和NI水解蔗糖产生还原糖,而SAI和NI酶活性变化与还原糖含量呈负相关,表明SAI和NI水解产生的己糖被叶细胞大量吸收利用㊂目前对重要作物如水稻㊁玉米㊁小麦等的蔗糖代谢酶相关研究,无论是从基因水平还是酶学活性调控等方面的研究已经较为深入,而对甘蔗中蔗糖代谢酶相关家族成员的研究,无论是基因功能㊁转录水平还是蛋白水平的调控研究相对滞后㊂今后甘蔗的优良品种选育尤其在糖分改良方面,如果想从常规育种进入分子设计育种或生物育种,必需解析甘蔗品质性状改良的关键基因和蛋白作用网络才能促进甘蔗品种的更新迭代,进一步解析甘蔗中SPS调控机制并挖掘调控SPS关键作用因子,势必促进甘蔗的糖分性状改良,从根本上进一步提升甘蔗品质㊂4　结论甘蔗叶片中SPS活性和蔗糖含量响应茎秆中蔗糖积累信号,在茎秆中糖分快速积累时期叶片中蔗糖磷酸合成酶活性和蔗糖含量达到峰值,蔗糖磷酸合成酶是甘蔗源-库间蔗糖合成与积累调控关键靶点;叶片中SS㊁SAI㊁NI活性变化响应叶片自身生长发育需要,调控甘蔗整个生长发育进程㊂参考文献1HARRT C E KORTSCHAK H H P.Sugar gradients and translocation of sucrose in detached blades of sugarcane J .Plant Physiology 1964393460-474.2RUAN Y L.Sucrose metabolism Gateway to diverse carbon use and sugar signaling J .Annual Review of Plant Biology 201465133-67.3SCHMLZER K GUTMANN A DIRICKS M et al.Sucrose synthase A unique glycosyltransferase for biocatalytic glycosylation process development J .Biotechnology Advances 201634288-111.4BAXTER C J FOYER C H TURNER J et al.Elevated sucrose-phosphate synthase activity in transgenic tobacco sustains photosynthesis in older leaves and alters development J .Journal of Experimental Botany 2003543891813-1820. 5CHEN S HAJIREZAEI M PEISKER M et al.Decreased sucrose-6-phosphate phosphatase level in transgenic tobacco inhibits photosynthesis alters carbohydrate partitioning and reduces growth J .Planta 20052214479-492.6VOLKERT K DEBAST S VOLL L M et al.Loss of the two major leaf isoforms of sucrose-phosphate synthase in Arabidopsis thaliana limits sucrose synthesis and nocturnal starch degradation but does not alter carbon partitioning during photosynthesis J .Journal of Experimental Botany 201465185217-5229.7STEIN O GRANOT D.An overview of sucrose synthases in plants J .Frontiers in Plant Science 2019101-14.8雷美华叶冰莹张华等.植物蔗糖合成酶的研究现状 J .亚热带农业研究200734309-312.9秦翠鲜桂意云陈忠良等.植物蔗糖合成酶基因研究进展 J .分子植物育种201816123907-3914.10RUAN Y L JIN Y YANG Y J et al.Sugar Input metabolism and signaling mediated by invertase roles in development yield potential and response to drought and heat J .Molecular Plant 201036942-955.11MCCORMICK A J WATT D A CRAMER M D.Supply and demand sink regulation of sugar accumulation in sugarcane J .Journal of Experimental Botany 2009602357-364.12MCCORMICK A J CRAMER M D WATT D A.Changes in Photosynthetic Rates and Gene Expression of Leaves during a Source Sink Perturbation in Sugarcane J .Annals of Botany 2007101189-102.13ZHU Y J KOMOR E MOORE P H.Sucrose accumulation in the sugarcane stem is regulated by the difference between the activities of soluble acid invertase and sucrose phosphate synthase J .Plant Physiology 199********-616.14VAN HANDEL E.Direct microdetermination of sucrose J .Anal Biochem 1968222280-283.15王俊刚张树珍杨本鹏等.35-二硝基水杨酸 DNS 法测定甘蔗茎节总糖和还原糖含量 J .甘蔗糖业20085 45-49.35㊀第45卷,第2期赵婷婷,等:甘蔗叶片中蔗糖代谢酶活性及糖含量动态变化特征分析16牛俊奇黄静丽赵文慧等.甘蔗工艺成熟期SS和SPS酶活性与糖分积累的相关性研究 J .生物技术通报201531 9105-110.17牛俊奇苗小荣王道波等.高㊁低糖甘蔗品种伸长期糖分积累特征及代谢相关酶活性分析 J .江苏农业学报2019 353537-543.18VERMA A K UPADHYAY S K VERMA P C et al.Functional analysis of sucrose phosphate synthase SPS and sucrose synthase SS in sugarcane Saccharum cultivars J .Plant Biology 2011132325-332.19KALWADE S B DEVARUMATH R M.Functional analysis of the potential enzymes involved in sugar modulation in high and low sugarcane cultivars J .Applied biochemistry and biotechnology 201417241982-1998.The Change Characteristic Analysis of Enzymes for Sucrose Metabolism Activity andSugar Contents in Sugarcane Leaves ZHAO Tingting,YANG Benpeng,WANG Jungang,GAN Yimei,ZHANG Shuzhen (Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops,Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/Key Laboratory for Biology and Genetic Resources of Tropical Crops of Hainan Province,Hainan Institute for Tropical Agricultural Resources/Sugarcane Research Center of Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Ministry ㊀㊀㊀of Agriculture,Haikou571101)Abstract:To analyze the changing features of sucrose metabolism enzymes and sugar contents in sugarcane leaves at different growth stages and clarify the source-sink sugar accumulation mechanism in sugarcane,the activities of sucrose phosphate synthase(SPS),sucrose synthase(SS),soluble acidic invertase(SAI)and neutral invertase(NI)and sugar contents in mature leaves from ROC22 sugarcane plants at tillering, elongation and mature growth stages were measured with colorimetric methods.The results showed that the sucrose synthesis activity of SPS were increased from10.3μmol/(gFW㊃h)to14.6μmol/(gFW㊃h)in leaves of sugarcane plants from tillering stage to elongation stage and reached the maximum at the sucrose rapid accumulation stage.The SPS activity in sugarcane leaves was decreased greatly to5.3μmol/(gFW㊃h)in plants at maturation stage.The sucrose synthesis activities of SS in sugarcane leaves were decreased from 14.0μmol/(gFW㊃h)to9.1μmol/(gFW㊃h)the plants at the sugar accumulation growth stage.The activities of SAI and NI ranged from26.0to30.2μmol/(gFW㊃h)in sugarcane plants at tillering growth stage and decreased to13.9~16.4μmol/(gFW㊃h)at mature stage.The sucrose content reached the highest of 20.57mg/gFW in sugarcane leaves from plants at sugar accumulation elongation growth stage.The reducing sugar content was2.1mg/gFW in leaves at tillering growth stage and increased to5.45mg/gFW and 7.15mg/gFW at elongation and maturation growth stages,respectively.The SPS activity changes were positive correlation with sucrose content changes in leaves of sugarcane plants.It indicated that SPS directly regulated the sucrose content in sugarcane leaves.These results showed that the SPS activity and sucrose content in sugarcane leaves actively responded to the sugar accumulation signals in sugarcane stalks.It indicates that SPS in sugarcane leaves is the key regulation target during source-sink sugar synthesis and accumulation.The SPS activity and sucrose content in sugarcane leaves reaches the maximum during sugar rapid accumulation in sugarcane stalks. Further clarifying the molecular network regulating SPS activity in sugarcane leaves will provide theoretical basis for improvement of sugar content in sugarcane.Key words:sugarcane;sucrose metabolism;sucrose metabolism enzyme;sugar content。

蔗糖合成酶、酸性转化酶、碱性转化酶活力活力的测定

实验四蔗糖合成酶、酸性转化酶、碱性转化酶活力活力的测定参考一、实验意义和目的 (2)二、实验原理 (2)三、材料、设备与试剂 (3)四、实验步骤 (3)1.蔗糖合成酶活性测定实验 (3)2.转化酶活性测定 (4)五、实验结果与分析 (4)1.蔗糖合成酶活性测定.................................................................... 错误!未定义书签。

2.转化酶活性测定............................................................................ 错误!未定义书签。

六、误差分析........................................................................................... 错误!未定义书签。

一、实验意义和目的蔗糖作为植物体内主要的光合产物和运输物质，其代谢强弱对许多生理活动都会产生显著影响。

蔗糖合成酶(SuSy)是植物进行蔗糖代谢的关键酶之一,与植物细胞组织和骨架的构建、植株的生长发育和果实的成熟以及植物对逆境胁迫的响应等方面密切相关，在植物的生长发育和代谢活动中具有重要作用。

转化酶也是催化蔗糖降解的重要酶类，为细胞的可溶性糖类贮库提供可利用六碳糖，以用于细胞壁、贮藏多糖及果聚糖的生物合成，并通过与呼吸作用偶联的氧化磷酸化产生能量，还是控制淀粉合成的关键酶，测定转化酶活性对了解光合产物的贮存、转运及累积都有重要意义。

通过本实验要掌握三种酶的作用、酶活力测定的原理和方法、学习酶活力的计算方法，了解糖类水解。

二、实验原理1.蔗糖合成酶催化蔗糖的水解反应：蔗糖+UDP 果糖+UDPG。

2.转化酶催化蔗糖的水解反应：蔗糖+H2O—►葡萄糖+果糖。

根据催化反应所需的最适PH,可将转化酶分为两种：一种称为酸性转化酶，主要分布在液泡和细胞壁中，另一类转化酶称为碱性或中性转化酶，主要分布在细胞质中。

高中生物《植物生命活动的调节》练习题(附答案解析)

高中生物《植物生命活动的调节》练习题(附答案解析)学校:___________姓名：___________班级：___________一、单选题1．细胞溶胶是细胞与外界环境、细胞质与细胞核及细胞器之间物质运输、能量交换和信息传递的重要介质，其主要成分是（）A．水B．无机盐C．葡萄糖D．蛋白质2．在西瓜培育过程中发现，瓜膨大一侧往往种子发育良好﹐反之种子发育不良，因而长成歪瓜。

对该现象最合理的解释是（）A．种子发育良好的一侧生长素多B．种子发育不良的一侧赤霉素多C．种子发育良好的一侧生长素少D．种子发育不良的一侧赤霉素3．某同学想提取生长素以进行相关研究，下列适合提取生长素的实验材料是（）A．柳树幼嫩的芽B．洋葱根尖成熟区C．黄色的柑橘果皮D．粮仓中储存的稻谷种子4．下列属于植物生长素生理作用的是（）A．促进细胞分裂B．促进扦插枝条生根C．促进茎叶脱落D．促进果实成熟5．植物通过春化作用接受低温影响的部位是（）A．根尖B．茎尖生长点C．幼叶D．成熟叶6．关于植物激素的叙述，错误的是（）A．乙烯在植物体的各个部位都能合成，其主要作用是促进果实发育B．赤霉素与脱落酸在种子萌发的过程中起拮抗作用C．植物的生长发育是多种激素相互作用共同调节的结果D．棉花栽培过程中去除顶芽可促进侧芽生长，提高棉花产量7．在生物体内，下列生理活动能够双向进行的是①毛细血管壁处水分子的扩散②生长素在枝条中的极性运输③肝细胞中糖原与葡萄糖的转化④反射弧中兴奋在神经纤维上的传导A．①②B．③④C．①③D．②④8．多种环境因素都能参与植物生命活动的调节。

下列有关叙述错误．．的是（）A．光作为一种信号，影响并调控植物的生长、发育的全过程B．受到光照射时，被激活的光敏色素直接进入细胞核影响基因的表达C．温度主要通过影响酶的活性进而影响植物代谢，从而调节植物生命活动D．植物根冠中的平衡石细胞能够感受重力，使水平放置的植物根向地生长9．如图是科学家研究不同浓度生长素对植物不同器官的作用所得到的结果。

生物化学试题及标准答案

生物化学试题及标准答案一、选择题1．生物氧化的底物是：A、无机离子B、蛋白质C、核酸D、小分子有机物2．除了哪一种化合物外，下列化合物都含有高能键？A、磷酸烯醇式丙酮酸B、磷酸肌酸C、ADPD、G-6-PE、1,3-二磷酸甘油酸3．下列哪一种氧化还原体系的氧化还原电位最大？A、延胡羧酸→丙酮酸B、CoQ(氧化型) →CoQ(还原型)C、Cyta Fe2+→Cyta Fe3+D、Cytb Fe3+→Cytb Fe2+E、NAD+→NADH 4．呼吸链的电子传递体中，有一组分不是蛋白质而是脂质，这就是：A、NAD+B、FMNC、FE、SD、CoQE、Cyt5．2,4－二硝基苯酚抑制细胞的功能,可能是由于阻断下列哪一种生化作用而引起?A、NADH脱氢酶的作用B、电子传递过程C、氧化磷酸化D、三羧酸循环E、以上都不是6．当电子通过呼吸链传递给氧被CN-抑制后，这时偶联磷酸化：A、在部位1进行B、在部位2 进行C、部位1、2仍可进行D、在部位1、2、3都可进行E、在部位1、2、3都不能进行，呼吸链中断7．呼吸链的各细胞色素在电子传递中的排列顺序是：A、c1→b→c→aa3→O2B、c→c1→b→aa3→O2C、c1→c→b→aa3→O2D、b→c1→c→aa3→O28．在呼吸链中，将复合物I、复合物II与细胞色素系统连接起来的物质是什么？A、FMNB、Fe·S蛋白C、CoQD、Cytb9．下述那种物质专一的抑制F0因子？A、鱼藤酮B、抗霉素AC、寡霉素D、苍术苷10．下列各类酶中，不属于植物线粒体电子传递系统的为：A、内膜外侧NADH：泛醌氧化还原酶B、内膜内侧对鱼藤酮不敏感NADH脱氢酶C、抗氰的末端氧化酶D、a－磷酸甘油脱氢酶11．下列呼吸链组分中，属于外周蛋白的是：A、NADH脱氢酶B、辅酶QC、细胞色素cD、细胞色素a- a312．下列哪种物质抑制呼吸链的电子由NADH向辅酶Q的传递：A、抗霉素AB、鱼藤酮C、一氧化碳D、硫化氢13．下列哪个部位不是偶联部位：A、FMN→CoQB、NADH→FMAC、b→cD、a1a3→O214．A TP的合成部位是：A、OSCPB、F1因子C、F0因子D、任意部位15．目前公认的氧化磷酸化理论是：A、化学偶联假说B、构象偶联假说C、化学渗透假说D、中间产物学说16．下列代谢物中氧化时脱下的电子进入FADH2电子传递链的是：A、丙酮酸B、苹果酸C、异柠檬酸D、磷酸甘油17．下列呼吸链组分中氧化还原电位最高的是：A、FMNB、CytbC、CytcD、Cytc118．A TP含有几个高能键：A、1个B、2个C、3个D、4个19．证明化学渗透学说的实验是：A、氧化磷酸化重组B、细胞融合C、冰冻蚀刻D、同位素标记20．A TP从线粒体向外运输的方式是：A、简单扩散B、促进扩散C、主动运输D、外排作用二、填空题1．生物氧化是在细胞中，同时产生的过程。

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源细胞
库细胞
3 转化酶在植物糖代谢中的作用
调节植物的生长发育和器官建成细胞壁转化酶在蔗糖的卸载中发挥作用液泡转化酶促进成熟器官液泡的蔗糖积累调节淀粉合成一些酸性转化酶基因作用于病原防治细胞壁转化酶与抗衰老有关
酸性转化酶与植物的非生物（干旱）抗性有关转化酶在信号传导中的作用
3.1 调节植物生长发育和器官建成
反义mRNA技术研究转化酶功能（3）
Electron microscopic pictures of pollen from wild-type (A and B) and transgenic plants (C-F)
(A) SEM picture of wild-type pollen. (Bar = 5 µ m.) (B) Transmission EM (TEM) picture of wild-type pollen. (Bar = 5 µ m.) (C) SEM picture of pollen from NT23-4. (Bar = 5 µ m.) (D) TEM picture of pollen from NT23-4. (Bar = 5 µ m.) (E) SEM picture of pollen from NT23-6. (Bar = 5 µ m.) (F) TEM picture of pollen from NT23-6. (Bar = 5 µ m.) NT23-4 represents one of the plants whose pollen shows germination efficiencies between 25% and 40%; NT23-6 is one of the plants with germination efficiency <2%
(A) An Acwi plant and a control plant (B) An Avi plant and a control plant
Source: Plant Cell, Vol. 11, 177-190, February 1999, Copyright © 1999, American Society of Plant Physiologists
a. 一般在植物的分生组织和快速生长的幼嫩的组织和器官中（如幼嫩的叶片、茎、根尖和果实等）细胞壁转化酶以及液泡转化酶的活性较高（Estruch 和 Beltran, 1991; Xu 等 , 1989） b. 细胞壁转化酶和单糖转运蛋白互作控制细胞分裂和生长（Weschke 等, 2003） c. 抑制转化酶基因表达植物生长异常（反义RNA 技术）
反义mRNA技术研究转化酶功能（1）
Phenotypic Changes in Transgenic Plantlets Expressing Antisense mRNA for Vacuolar Invertase or Cell Wall Invertase
All plantlets were grown on half-strength Murashige and Skoog medium containing only macroelements and microelements and 3% sucrose. The transgenic control plantlets harbor the promoter of the gene for carrot cell wall invertase fused to the GUS reporter gene. (A) Antisense plantlets for cell wall invertase (Acwi-59, Acwi-65, and Acwi-76) and wild-type (W T) and transgenic control plantlets (B) Antisense plantlets for vacuolar invertase (Avi-34, Avi-47, and Avi-65) and wild-type (W T) and transgenic control plantlets
Source: Plant Cell, Vol. 11, 177-190, February 1999, Copyright © 1999, American Society of Plant Physiologists
反义mRNA技术研究转化酶功能（2）
Phenotypic Changes in Mature Transgenic Plants
蔗糖磷酸合成酶（SPS）磷酸蔗糖磷酸化酶（SPP）蔗糖合成酶（SuSy）转化酶(Inv)
2.1 转化酶的分类
转化酶类型最适pH范围溶解性底物是否糖基化
蔗糖/ 棉籽糖 …
是
液泡类型 (酸性)
4.5-5.0
可溶
蔗糖/ 棉籽糖 … 蔗糖
是
细胞质类型 (中性/碱性)
7.0-7.5
可溶
否
2.2 转化酶在源和库细胞中的分布
叶绿体
CALVIN 循环淀粉
蔗糖丙糖
CYT INV
质外体蔗糖蔗糖
CW INV CYT INV
细胞质葡萄糖果糖葡萄糖葡萄糖果糖蔗糖
VAC INV
葡萄糖
果糖果糖
葡萄糖果糖蔗糖
VAC INV
液泡
液泡
Plants were grown in soil in a growth chamber. The control plants are transgenic and harbor the promoter of the gene for carrot cell wall invertase fused to the GUS reporter gene.
高等植物中的转化酶
报告人：王爱华
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转化酶的概念转化酶的分类分布转化酶在植物糖代谢中的作用转化酶基因的进化
1 概
念
转化酶（Invertase)，又称蔗糖酶或β-呋喃果糖苷酶。是与蔗糖代谢密切相关的一种酶，催化蔗糖不可逆水解成葡萄糖和果糖。
Sucrose +H2O ----- Glucose + Fructose 与糖代谢相关的酶