编者按：为揭开科技工作的神秘面纱，科普中国前沿科技项目推出“我和我的研究”系列文章，邀请科学家亲自执笔，分享科研历程，打造科学世界。让我们跟随站在科技最前沿的探索者们，开启一段段充满热情、挑战与惊喜的旅程。

在生物体内，细胞是生命活动的基本单位。细胞如同一个个精密运转的微型工厂，它们的正常运转离不开源源不断的能量供应。而糖类，恰似为这些微型工厂提供动力的“燃料”，精准且持续地为植物生长发育的每一个精细环节注入蓬勃动力。

那么，这些“燃料”是如何精准无误地抵达细胞的呢？这就不得不提到植物体内一群神奇的“糖转运蛋白”分子家族，它们是糖分运输的载体，负责不同类型的糖转运，在植物生长发育过程中扮演着至关重要的角色。

深入了解糖转运蛋白，不仅能让我们揭开植物生长的奥秘，还对提高作物产量有着深远的意义。

植物体内的“糖分快递员”

想象一下，植物就像是一个个忙碌的工厂，叶子则是“绿色车间”，通过光合作用将二氧化碳和水制造成糖，而根、种子等其他器官/组织则是需要这些糖的“客户”。一部分糖被消耗，用于维持植物自身的生长和代谢，另一部分则被贮存在“客户”手中，形成“能量储存库”。

植物体内的“糖分快递员”——糖转运蛋白

（图片来源：AI辅助生成）

糖转运蛋白如同工厂里训练有素、行动敏捷的专业快递员，它们负责有条不紊地把糖安全、高效地送到植物的“需求部门”。以此来源源不断地为植物提供能量和物质，植物才能茁壮成长。糖贯穿了植物生命的每一个阶段，从种子萌发到开花结果，都离不开糖的支持。在种子发育过程中，糖被转化为淀粉等储存物质，为下一代的生命旅程储备能量。在果实的孕育过程中，糖的积累也使得果实更加饱满。

植物的光合作用

（图片来源：AI辅助生成）

通俗来说，这些“快递员”有三种类型：糖最终输出转运蛋白（SWEETs）、蔗糖转运蛋白（SUTs/SUCs）和单糖转运蛋白（MSTs）。当糖类分子在细胞外或者细胞内的某个部位靠近糖转运蛋白时，转运蛋白上的“货物卡槽”会精准识别并结合特定的糖类分子。因此，糖转运蛋白的“业务专长”和“装备配置”不同，工作模式不同，功能各异。

糖最终输出转运蛋白就像是专门负责特殊任务的快递员，它们拥有独特的结构，恰似精心设计的“分子通道”，镶嵌在植物细胞的细胞膜上。它们积极参与植物应对干旱、高温、低温等极端环境，确保植物在发育过程中获得足够的能量，并在面对病原体的侵染时激活自身的防御反应。

蔗糖转运蛋白宛如植物体内高效运作的“蔗糖专线”快递员，一端紧连光合作用的“生产车间”叶片，当叶片合成蔗糖后，它便迅速“接单”，以极高的效率和精准度，将蔗糖稳稳地装载在其独特的“运输载体”上，沿着植物体内复杂的“物流网络”，日夜兼程地驶向植物的各个“需求站点”。

而单糖转运蛋白犹如植物机体中专注的“单糖速达”快递员，在复杂的植物组织网络中细胞的“大街小巷”中快速穿梭，把单糖高效传递给每个需要能量的细胞“住户”，满足植物的各种需求。这些转运蛋白各自具有独特的功能，共同参与了植物体内糖分的运输和分配。

不仅是“快递员”，它们还是让作物增产的“法宝”

这些神奇的糖转运蛋白，可不只是简单的“快递员”，它们灵活多变，精准洞悉植物在生长各阶段的需求变化，可根据植物的需要，灵活调整糖的运输速度和方向。因此，作物得以充分摄取糖分，根系变得发达，枝干粗壮，叶片翠绿，光合作用效率提高，生长态势显著改善。最终，作物不仅长得更健壮，产量也大幅提升。糖转运蛋白提高作物产量的方法主要有以下三种：

1. 与共生微生物合作；

首先，增强糖转运蛋白与共生微生物的相互作用是提高作物产量的重要策略之一。互惠微生物宛如一群微小却神通广大的“精灵”，与植物缔结了紧密且精妙的共生契约。互惠微生物可以为植物提供更多的营养物质如氮、磷、钾；植物则为微生物提供更多的糖分，二者互利共赢。糖转运蛋白就像互惠微生物的“补给车”，负责它的能量补给。通过这一策略，可以帮助植物更好地吸收土壤中的养分，比如磷和氮。这就像给植物吃了“营养补品”，让它们长得更壮实。

（图片来源：研究团队供图）

2. 优化光合作用；

其次，光合作用是影响植物生长发育的重要因素。光合作用是糖转运蛋白的“任务发布者”，其产生的能量需求信息就像下达的指令，糖转运蛋白如同繁忙港口的智能装卸设备，能够迅速且精确地将“货物”（糖分）卸载并转运至目的地，加速糖分的运输调配，以满足植物生长各环节的能量需求。通过建立光合作用与糖转运蛋白之间的动态调控模型，优化了植物对光能的利用及糖分的分配，这就需要“招募”更多的糖转运蛋白快递员投入工作，加快糖类的运输速度，让其光合作用的能量转化成果快速在体内流通。

（图片来源：研究团队供图）

3. 遗传策略；

此外，基因编辑等手段也是提高作物产量的重要手段。基因编辑就像神奇的“生命手术刀”与“遗传画笔”，将具有特殊功能的基因片段巧妙地融入到作物原本的糖转运蛋白基因蓝图之中，使作物的生长密码得以优化升级，让它们的产量潜力得到充分发挥。这就恰似给大力士提供了更多的“能量饮料”，它们会变得更有力量和活力，可以帮助作物吸收更多的养分，从而加快作物物的生长速度和发育进程。

（图片来源：研究团队供图）

提高作物产量的策略

（图片来源：研究团队提供）

植物应对逆境的“守护者”

植物的生长之路并非总是一帆风顺，往往会面临干旱、盐渍、低温等诸多极为严苛的逆境条件，给植物的正常生长发育带来巨大的挑战。这时，糖转运蛋白会通过调节体内糖的代谢和分布来适应环境，它们，就像那些勇敢的“守护者”，筑起一道坚不可摧的铜墙铁壁，精准且高效地调控着糖分的的输出和积累，将细胞内合成的糖分有序地运输到各个关键部位，平衡细胞内外的渗透压，从而保护细胞膜的稳定性和完整性，帮助植物度过难关。

比如，在干旱胁迫条件下，某些特殊的糖转运蛋白就像给植物打造了一个“储水护盾”，通过加速糖分积累，提升细胞液浓度，增强植物对水分的吸附能力，减少水分流失。在盐碱胁迫条件下，特定的糖转运蛋白如同给植物穿上了一套“隔离防护服”，通过调节糖分在细胞内外的分布，阻挡过多的盐分进入细胞，降低盐分对细胞的毒害。

而在高温胁迫环境中，这类糖转运蛋白又像给植物安装了一台“降温风扇”，通过调控糖分运输，促使植物启动特定的生理机制，调节体温，避免因高温而“中暑”。在低温环境中，植物细胞内的糖含量会增加，就像给细胞穿上了一件“保暖衣”，降低细胞液的冰点，防止细胞被冻伤。因此，糖转运蛋白保证了植物细胞内那些维持生命的化学反应得以在逆境中持续地运转，让植物在恶劣的环境中也能保持良好的生长节奏。

植物体内的智能“调节器”

糖转运蛋白也受到多种因素调控，以确保植物体内糖类运输的高效与精准。各信号转导途径精密调控着糖转运蛋白的功能，就像是糖转运蛋白组成物流网络的“遥控器”，负责糖转运蛋白的调度，而糖转运蛋白在植物体内就像智能“调节器”，从植物种子萌发的那一刻起，一直到植物完成整个生命周期，它都在默默地发挥着调节作用，将不同的糖类运往植物的各个需求部位，确保植物能够高效地利用糖类资源，保证生命活动的正常运转。对植物的生长、发育过程进行着全方位的调控，为植物的生命活动保驾护航。

未来可期

糖转运蛋白作为植物生长过程中的“甜蜜使者”，在植物的生命活动中扮演着重要角色。目前，我们对植物糖转运蛋白的认识还只是冰山一角。展望未来，随着基因测序和基因编辑技术的发展，将会源源不断地诞生更多有关糖转运蛋白的新发现与新成果，呈现出多维度的发展趋势。这些新发现与新成果不仅会进一步拓宽我们对糖转运蛋白作用的奥秘，更有望引领我们开创更多突破性的“甜蜜”方案，为培育适应极端环境的作物品种、增强农作物的综合抗逆能力以及推动农业的高效稳定发展提供更为坚实的理论指引和技术支撑。