植物激素傳感器研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

周國(guó)華，何治柯

（1.嶺南師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，廣東湛江524048）

（2.武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430072）

0 引言

植物是地球上豐富生態(tài)的基礎(chǔ)，是生態(tài)金字塔的根基。它們以一種被動(dòng)的生命形式，順應(yīng)著環(huán)境的變化，繁衍生息。它們的生存與生長(zhǎng)，都依賴著植物激素的調(diào)控作用。植物激素是天然存在的、各自結(jié)構(gòu)沒(méi)有相關(guān)性的小分子化合物。這些化合物在植物的整個(gè)生命過(guò)程中一直起著調(diào)控作用，如細(xì)胞分裂與伸長(zhǎng)、組織與器官分化、開(kāi)花與結(jié)實(shí)、成熟與衰老、休眠與萌發(fā)等等。同時(shí)，植物激素也調(diào)控著植物對(duì)所有生物和非生物刺激的應(yīng)激性，如昆蟲(chóng)和微生物的侵害、受傷、干旱、水澇、鹽漬、冷凍、光照等。

鑒于植物激素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要作用，植物激素的準(zhǔn)確、原位、在線測(cè)定，成為植物生理學(xué)研究的重要組成部分，亦是植物激素生理作用機(jī)制研究的基礎(chǔ)。為此，建立靈敏度高、選擇性好的植物激素傳感器，成為植物激素研究領(lǐng)域亟需解決的瓶頸問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，包括色譜學(xué)方法、免疫學(xué)方法、電化學(xué)方法、光譜學(xué)方法，以及其它的檢測(cè)方法，并被應(yīng)用于植物激素的測(cè)定當(dāng)中。眾多植物激素的檢測(cè)方法中，色譜學(xué)方法的研究與應(yīng)用最為廣泛，已經(jīng)解決了許多實(shí)際問(wèn)題，卻是最難發(fā)展成傳感器的檢測(cè)技術(shù)，故在這里沒(méi)有對(duì)色譜學(xué)方法的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行綜述。該文重點(diǎn)評(píng)述近十年來(lái)植物激素傳感器的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展。

1 電化學(xué)傳感器

電化學(xué)傳感器是應(yīng)用最為廣泛的一類傳感器，其在植物激素傳感器研究中亦占有十分重要的地位?，F(xiàn)有的植物激素電化學(xué)傳感器主要分為兩大類：一是基于植物激素在電極上的電化學(xué)行為建立的電化學(xué)傳感器；二是將植物激素的識(shí)別物質(zhì)修飾于電極上，通過(guò)把識(shí)別物質(zhì)與植物激素的相互作用轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào)所建立的傳感器，結(jié)合了識(shí)別物質(zhì)的高特異性與電化學(xué)分析方法的高靈敏度、快速、便捷等優(yōu)點(diǎn)。

1.1 基于植物激素電化學(xué)行為的傳感器

在眾多的植物激素中，帶有苯酚結(jié)構(gòu)的水楊酸具有最顯著的電化學(xué)特征，亦是此類電化學(xué)傳感器中被研究最多的對(duì)象之一。研究表明，水楊酸在循環(huán)伏安掃描過(guò)程中，表現(xiàn)出一個(gè)陽(yáng)極峰。這個(gè)陽(yáng)極峰是由于水楊酸在電極上發(fā)生電子轉(zhuǎn)移被氧化而產(chǎn)生的。這個(gè)氧化過(guò)程并非完全不可逆。事實(shí)上，水楊酸被氧化形成醌的結(jié)構(gòu)，而醌會(huì)在一定程度上發(fā)生還原反應(yīng)，表現(xiàn)出一個(gè)小的陰極峰（圖1）[1]。于是，水楊酸的電化學(xué)分析方法便建立在這個(gè)基礎(chǔ)之上[2-8]。所不同的是，研究者們分別研究和利用了水楊酸在不同電極上的電化學(xué)行為，包括普通的玻璃電極[1-2]、石墨電極[3-4]，性能較好但昂貴的金電極[5]、鉑電極[6]、金剛石電極[7]，還有獨(dú)特的多壁碳納米管自組裝電極[8]。為了改善水楊酸在電極上的電化學(xué)行為，有的研究者對(duì)電極作了修飾。Wang等采用納米銅顆粒修飾金電極，他們發(fā)現(xiàn)由于納米銅對(duì)陽(yáng)極氧化的催化作用，水楊酸在納米銅修飾金電極上的電化學(xué)行為得到很好的改善，在最優(yōu)條件下，計(jì)算得檢測(cè)中異相電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)為1.34×10-3cm/s，使得水楊酸檢測(cè)靈敏度優(yōu)于普通電極[5]。他們還將方法應(yīng)用于油菜籽中水楊酸含量的檢測(cè)，獲得與HPLC測(cè)定一致的結(jié)果[5]。

圖1 在35%甲醇-0.05 mol/L乙酸緩沖溶液中（pH5.0）用玻璃碳電極獲得的水楊酸循環(huán)伏安譜圖。初始電壓：0 V；掃描速率：50 mV/s；1F、2F：第一輪和第二輪的正向掃描；1R：第一輪的反向掃描Fig.1 Cyclic voltammogram of 5×10-4mol/L salicylic acid in 35%methanol-0.05 mol/L acetate buffer solution(pH5.0),using a glassy carbon electrode.Initial potential,0 V;scan rate,50 mV/s;1F and 2F,first and second forward scan;lR,first reverse scan[1]

Gualandi等在鉑電極表面覆蓋一層鈷/鋁鹽復(fù)合膜，并研究了水楊酸在該電極上的氧化行為。他們發(fā)現(xiàn)，在0.1 mol/L的NaOH溶液中，復(fù)合膜里的Co(IV)離子充當(dāng)氧化劑，每?jī)煞肿拥腃o(IV)離子催化一分子的水楊酸氧化成醌，催化常數(shù)為4×104(L/mol)/s。這種電極用于檢測(cè)實(shí)際樣品中的水楊酸，同樣獲得較好的結(jié)果[6]。

茉莉酸甲酯的電化學(xué)行為亦被仔細(xì)研究，并建立了一些電分析方法。Liao等首先報(bào)道了茉莉酸甲酯的電化學(xué)行為[9]。他們發(fā)現(xiàn)，茉莉酸甲酯在強(qiáng)酸性溶液中能表現(xiàn)出一個(gè)氧化峰，且峰強(qiáng)度在十二烷基磺酸鈉（SDS）存在的情況下得到增大，但沒(méi)有觀察到還原峰，表明茉莉酸甲酯被不可逆地氧化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)是茉莉酸甲酯烷鏈上的雙鍵被氧化成單鍵。在這種情況下，茉莉酸甲酯和茉莉酸的電化學(xué)行為是一致的，會(huì)影響檢測(cè)的選擇性。于是他們將HPLC與電化學(xué)檢測(cè)器結(jié)合，建立了茉莉酸甲酯的選擇性定量檢測(cè)方法。為了提高方法的靈敏度，Gan等嘗試對(duì)方法進(jìn)行改進(jìn)，分別用磷鎢酸-氧化石墨烯雜化材料自組裝的石墨電極[10]和納米高嶺土薄膜修飾的玻璃碳電極[11]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，成功地將檢出限分別降低到了 0.2 μmol/L 和 0.5 μmol/L，并把該方法應(yīng)用到小麥穗中茉莉酸甲酯含量的測(cè)定[11]。隨后，他們又用層層自組裝的方法在石墨電極上包覆片層高嶺土和磷鎢酸雜化薄膜 （圖2），將高嶺土的高吸附性能和磷鎢酸的強(qiáng)酸性結(jié)合，獲得了更佳的電催化效果，實(shí)現(xiàn)了茉莉酸甲酯的高靈敏檢測(cè)[12]。

圖2 a)將中性紅染料插入片層高嶺土中制成帶正電荷的中性紅-高嶺土（NR–MMT）。b)磷鎢酸/NRMMT包覆石墨電極制備過(guò)程示意圖。第一步：NR–MMT在帶負(fù)電荷的石墨電極上組裝；第二步：磷鎢酸在帶正電荷的NR–MMT包覆石墨電極上組裝Fig.2 a)Intercalation of neutral red into montmorillonite(NR–MMT).b)Schematic representation of the procedure for fabricating phosphotungstic acid(PTA)/NR–MMT/graphite electrode(GE).Step 1:assembling of NR–MMT on negatively charged GE;step 2:assembling of PTA on positively charged NR–MMT coated GE[12]

除此之外，其它的植物激素亦有電分析檢測(cè)報(bào)道。 比如 Hernández[13]和 Yard?m[14]分別用陰極溶出方波伏安法和陰極吸附溶出伏安法研究了脫落酸的電化學(xué)行為。他們都發(fā)現(xiàn)脫落酸在電極上發(fā)生了不可逆的電化學(xué)反應(yīng)，并通過(guò)質(zhì)譜法證實(shí)是由于脫落酸丁二烯酸側(cè)鏈上的共軛雙鍵被氧化成單鍵[13]。他們以此分別建立了脫落酸的電分析方法，檢出限分別達(dá)到30.0 ng/mL和55.3 ng/mL。Qu等的研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分裂素6-芐甲基腺苷會(huì)在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，腺苷上的N=O鍵被還原，表現(xiàn)出明顯的陰極峰，從而建立了6-芐甲基腺苷的電分析方法，檢出限達(dá)到了7.1 nmol/L，是植物激素電分析方法檢測(cè)中最靈敏的方法之一[15]。Mancuso等制備了多壁碳納米管修飾的鉑微電極，發(fā)現(xiàn)吲哚乙酸在該電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在 0.65～0.75 V 出現(xiàn)一個(gè)氧化峰，峰強(qiáng)度與吲哚乙酸濃度成線性關(guān)系，檢出限為0.1 mmol/L[16]。然后他們用這個(gè)微電極實(shí)時(shí)非侵害性地監(jiān)測(cè)植物根尖吲哚乙酸的濃度變化，闡明了吲哚乙酸在植物根尖附近環(huán)境中的流動(dòng)情況。隨后，Porterfield等對(duì)Mancuso的工作做了改進(jìn)，用鉑黑和多壁碳納米管修飾微電極，提高了方法的分辨率和信噪比，得到了更好的結(jié)果[17]。他們的研究工作開(kāi)辟了電化學(xué)傳感器實(shí)時(shí)、原位、在線檢測(cè)植物激素含量和分布的新方法。

1.2 基于識(shí)別物質(zhì)的電化學(xué)傳感器

在電分析方法中，對(duì)于那些沒(méi)有電化學(xué)反應(yīng)特性的植物激素，研究者們?cè)陔姌O上修飾植物激素的識(shí)別物質(zhì)，通過(guò)換能器將植物激素與識(shí)別物質(zhì)相互作用的生物信號(hào)轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電化學(xué)信號(hào)，使電化學(xué)信號(hào)與激素的濃度相關(guān)，從而間接地定量測(cè)定植物激素。

抗體是較為常用的植物激素識(shí)別物質(zhì)。Wang等在玻璃電極上原位生長(zhǎng)金納米顆粒，使脫落酸的抗體吸附在電極上，然后利用抗體與脫落酸-辣根過(guò)氧化物酶（HRP）復(fù)合物的特異性相互作用，使HRP結(jié)合到電極表面，從而催化溶液中過(guò)氧化氫與苯醌的反應(yīng)，產(chǎn)生電化學(xué)信號(hào)（圖3）[18]。而結(jié)合到電極上的脫落酸-HRP復(fù)合物的量與溶液中脫落酸的濃度成反比，因此，通過(guò)電化學(xué)信號(hào)的變化可間接定量測(cè)定溶液中脫落酸的濃度。該方法的線性范圍在10 ng/mL到 10 μg/mL之間，檢出限為5 ng/mL。Li等還嘗試用阻抗傳感器對(duì)脫落酸進(jìn)行定量分析。他們將脫落酸的抗體修飾到金電極上，發(fā)現(xiàn)隨著脫落酸與抗體的相互結(jié)合，電極的電阻不斷增大，與脫落酸的濃度成線性關(guān)系[19]。與他們之前的工作相比[18]，阻抗傳感器制備更簡(jiǎn)單，而且不需要對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行標(biāo)記。

圖3 脫落酸（ABA）電化學(xué)免疫傳感器的制備和檢測(cè)過(guò)程示意圖Fig.3 Scheme of the immunosensor preparation process for ABA[18]

Kowalska等發(fā)現(xiàn)，普魯士藍(lán)可以作為很好的電子受體接受細(xì)胞分裂素脫氫酶的黃素腺嘌呤二核苷酸（Flavin adenine dinucleotide,FAD）輔基在酶解細(xì)胞分裂素時(shí)產(chǎn)生的電子。于是他們將普魯士藍(lán)和細(xì)胞分裂素脫氫酶一起包埋在鉑電極表面的水凝膠薄膜中，當(dāng)細(xì)胞分裂素存在時(shí)，利用脫氫酶對(duì)細(xì)胞分裂素的識(shí)別作用和酶解作用，產(chǎn)生的電子經(jīng)過(guò)普魯士藍(lán)轉(zhuǎn)移到電極上，產(chǎn)生電信號(hào)，以此對(duì)細(xì)胞分裂素進(jìn)行定量分析（圖4）[20]。這個(gè)方法雖然靈敏度不高，但在檢測(cè)過(guò)程中酶解反應(yīng)不需要額外提供能量，普魯士藍(lán)作為電子轉(zhuǎn)移媒介亦不會(huì)消耗，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)物的無(wú)試劑直接測(cè)定。

圖4 基于普魯士藍(lán)作為電子轉(zhuǎn)移媒介的細(xì)胞分裂素生物傳感器檢測(cè)機(jī)理Fig.4 Mechanism of the cytokinin biosensor using Prussian Blue as a direct electron mediator[20]

除此之外，分子印跡膜是近二十年發(fā)展起來(lái)的新型識(shí)別物質(zhì)。分子印跡技術(shù)是指以某一特定目標(biāo)分子為模板，制備對(duì)該分子具有選擇性識(shí)別的聚合物。因分子印跡技術(shù)有構(gòu)效預(yù)定性、特異識(shí)別性和廣泛適用性三大特點(diǎn)，其發(fā)展十分迅速，已在色譜分離、固相萃取、仿生傳感、模擬酶催化、膜分離等領(lǐng)域得到廣泛的研究和應(yīng)用。

Kang等以水楊酸為模板，鄰苯二胺為功能單體，用電聚合法在玻璃電極表面制備出水楊酸的分子印跡聚合物 （Molecular impriting polymer,MIP），并建立了水楊酸的電化學(xué)傳感器[21]。他們以方波伏安法測(cè)定水楊酸在MIP電極表面的電化學(xué)氧化行為，并以此實(shí)現(xiàn)了水楊酸的定量檢測(cè)。該方法選擇性好，但靈敏度較低，檢出限為20 μmol/L。同時(shí)，Xie等亦用電聚合法在電極上制備出特異性識(shí)別水楊酸的聚吡咯膜，建立了水楊酸的循環(huán)伏安測(cè)定法[22]。他們的方法比方波伏安法具有更高的靈敏度，檢測(cè)限達(dá)到了0.8 μmol/L。

2 光學(xué)傳感器

光譜學(xué)方法主要包括紫外-可見(jiàn)光吸收光譜法、熒光光譜法和化學(xué)發(fā)光法，已有一些科學(xué)研究者正進(jìn)行利用光譜學(xué)方法構(gòu)建植物激素傳感器的研究。Loh等發(fā)現(xiàn)水楊酸能夠與乙酸銅和硝酸鐵絡(luò)合，分別形成黃綠色和紫色絡(luò)合物，且產(chǎn)生的顏色可維持50個(gè)小時(shí)不變[23-24]。他們據(jù)此建立了比色法定量檢測(cè)水楊酸，線性范圍分別是0.02～0.3 mg/mL 和 0.01～0.35 mg/mL。 Arnaud 等則根據(jù)水楊酸、乙二胺四乙酸（EDTA）和鋱離子在堿性水溶液中形成三元熒光配合物的現(xiàn)象，建立了水楊酸及其衍生物的高靈敏熒光傳感方法。他們發(fā)現(xiàn)，十六烷基氯化銨的加入能大大增強(qiáng)體系的熒光強(qiáng)度，提高靈敏度，檢出限達(dá)到了0.4 nmol/L，較其它方法降低了1個(gè)數(shù)量級(jí)以上[25]。Karim等用鋱-乙酰丙酮形成的納米顆粒代替鋱離子-EDTA體系，建立水楊酸的熒光傳感方法，對(duì)水楊酸進(jìn)行定量分析[26]，但是這個(gè)方法的靈敏度并不理想。Galian等發(fā)現(xiàn)羥丙基-β-環(huán)糊精能與吲哚乙酸等吲哚類化合物形成復(fù)合物，從而增強(qiáng)其熒光，并以此建立了吲哚乙酸的直接熒光傳感方法，獲得了較好的結(jié)果 （檢出限3.08 ng/mL）[27]。脫落酸和赤霉素用濃硫酸氧化衍生后分別在487 nm和454 nm處發(fā)射熒光，于是Li等用激發(fā)-發(fā)射矩陣熒光結(jié)合二階校正算法，對(duì)脫落酸和赤霉素進(jìn)行了同時(shí)測(cè)定，檢出限分別是6.9 ng/mL 和 9.6 ng/mL[28]。Zhang 等亦用新型熒光納米材料——量子點(diǎn)，建立了一種高靈敏的脫落酸傳感方法[29]。他們發(fā)現(xiàn)，脫落酸能猝滅胺基-聚乙二醇（PEG-NH2）修飾的水溶性量子點(diǎn)，且猝滅常數(shù)達(dá)到了5.1×1011L/mol，以此對(duì)脫落酸進(jìn)行定量測(cè)定，線性范圍為 0.2～3.0 pmol/L，檢出限達(dá)到了0.09 pmol/L，是目前所知最靈敏的脫落酸檢測(cè)方法之一。

由于植物激素本身并不能產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，所以在植物激素化學(xué)發(fā)光檢測(cè)中，多是利用激素與其它化學(xué)發(fā)光反應(yīng)試劑的相互作用。Cui等發(fā)現(xiàn)硫酸鈰和吐溫-20反應(yīng)能發(fā)出化學(xué)發(fā)光，且發(fā)光強(qiáng)度能被水楊酸大大增強(qiáng)。他們以此為基礎(chǔ)，結(jié)合流動(dòng)注射，建立了水楊酸的靈敏檢測(cè)方法，檢出限達(dá)到 2.5 ng/mL[30]。 Llorent-Martinez 等利用水楊酸與高錳酸鹽反應(yīng)，將Mn(VII)還原成激發(fā)態(tài)的Mn(II)，從而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，并結(jié)合流動(dòng)注射建立了水楊酸的定量分析方法[31]?；瘜W(xué)發(fā)光方法的靈敏度較高，結(jié)合流動(dòng)注射技術(shù)可進(jìn)一步提高方法的重現(xiàn)性及檢測(cè)通量。

在光學(xué)傳感器的研究中，電致化學(xué)發(fā)光（ECL）傳感器可謂發(fā)展最為成熟。Li等以金電極作為工作電極，在電極上用電聚合法制備了赤霉素GA3的分子印跡膜。GA3和羅丹明B標(biāo)記的GA3（RhB-GA3）能競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合到電極上。結(jié)合到電極上的RhB-GA3經(jīng)電化學(xué)氧化形成氧化型中間體，并與溶液中的氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生超氧化物陰離子（O2-），O2-進(jìn)一步與魯米諾反應(yīng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)發(fā)光 （圖5）[32]。隨著目標(biāo)物GA3濃度升高，結(jié)合到電極上的RhB-GA3減少，則化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度下降，以此對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行定量檢測(cè)。這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)了GA3的高靈敏、高選擇性檢測(cè)，線性范圍為 10 pmol/L～1 nmol/L， 檢出限達(dá)到了 3.45 pmol/L，而赤霉素 GA1、GA2、GA4、GA7均不會(huì)對(duì)檢測(cè)造成干擾。這是分子印跡技術(shù)和電致化學(xué)發(fā)光在植物激素傳感器應(yīng)用當(dāng)中的成功范例。

圖5 MIP-ECL傳感器的構(gòu)建和GA3的測(cè)定過(guò)程示意圖Fig.5 The procedure to construct a MIP-ECL sensor and determination of GA3[32]

3 其它新型傳感器

在植物激素傳感器的發(fā)展過(guò)程中，有些科研工作者嘗試使用其它分析方法構(gòu)建植物激素的傳感器。

3.1 基于石英晶體微天平的傳感器

Kugimiya等首先嘗試建立基于石英晶體微天平（Quartz crystal microbalance,QCM）的吲哚乙酸傳感器[33]。他們?cè)谘芯恐惺褂昧朔肿佑≯E技術(shù)，以吲哚乙酸為模板分子，甲基丙烯酸N,N′-二甲氨乙酯為單體制備出吲哚乙酸的MIP，并包覆于QCM上以制備出吲哚乙酸傳感器。當(dāng)吲哚乙酸存在時(shí)，QCM頻率發(fā)生位移，且位移程度與目標(biāo)物的濃度成線性關(guān)系，這樣便可對(duì)一定濃度范圍內(nèi)的吲哚乙酸進(jìn)行定量分析。他們研究發(fā)現(xiàn)，所制備的吲哚乙酸MIP重現(xiàn)性很高，且對(duì)吲哚乙酸有很高的選擇性，能特異性地識(shí)別吲哚乙酸，而不受其它類似物如吲哚丁酸、吲哚乙醇和吲哚的干擾。雖然這個(gè)方法的靈敏度和實(shí)用性還有待進(jìn)一步的研究，但它向人們展示了一種高選擇性定量分析的新技術(shù)。

3.2 基于核酸適配體的傳感器

核酸適配體是利用體外篩選技術(shù)——指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù) （Systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX）， 從核酸分子文庫(kù)中得到的一段能與特定目標(biāo)物高特異性、高選擇性地結(jié)合的寡核苷酸片段。到目前為止，科學(xué)家們已經(jīng)篩選出了一些細(xì)胞、生物大分子和小分子的核酸適配體。但直到2011年，Shangguan課題組才成功篩選出系統(tǒng)素和玉米素的核酸適配體，并分別建立了相應(yīng)的傳感方法用于系統(tǒng)素和玉米素檢測(cè)。在測(cè)定系統(tǒng)素時(shí)，他們用適配體構(gòu)建了一個(gè)核酸分子信標(biāo)，當(dāng)分子信標(biāo)與互補(bǔ)鏈互補(bǔ)配對(duì)時(shí)，分子信標(biāo)成打開(kāi)狀態(tài)，標(biāo)記在分子信標(biāo)5′端的熒光素（FAM）的熒光能夠被觀察到；當(dāng)目標(biāo)物系統(tǒng)素存在時(shí)，適配體與系統(tǒng)素相互作用，使得分子信標(biāo)保持發(fā)夾結(jié)構(gòu)，從而使熒光素的熒光被分子信標(biāo)3′端的四甲基羅丹明（TAMRA）猝滅（圖 6a）[34]。 通過(guò)檢測(cè)熒光強(qiáng)度的變化，便實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)素的定量分析。另外，他們采用熒光素標(biāo)記的玉米素適配體和氧化石墨烯（Graphene oxidized,GO）構(gòu)建了一個(gè)玉米素的檢測(cè)平臺(tái)：熒光素的熒光會(huì)因適配體被吸附到GO表面而被GO猝滅；當(dāng)目標(biāo)物玉米素存在時(shí)，適配體與玉米素相互作用，形成二級(jí)結(jié)構(gòu)而不被GO吸附，從而保持熒光素的熒光，以此定量分析玉米素（圖6b）[35]。雖然這些方法的靈敏度受適配體和目標(biāo)物的親和力（系統(tǒng)素適配體的解離常數(shù)Kd=0.5±0.3 μmol/L，玉米素適配體的解離常數(shù)Kd=3.85±0.05 μmol/L）限制，并不理想，但適配體的成功篩選，使得植物激素檢測(cè)轉(zhuǎn)變成核酸的檢測(cè)，借助目前迅速發(fā)展的、種類繁多的核酸檢測(cè)技術(shù)和傳感器[36-40]，將大大拓寬人們對(duì)植物激素傳感器的研究范圍。

圖6 a)基于核酸適配體分子信標(biāo)的系統(tǒng)素傳感方法示意圖。b)基于GO的玉米素核酸適配體傳感器檢測(cè)原理示意圖Fig.6 a)Illustration of aptamer beacon for systemin detection[34].b)Illustration of the working principle of GO-based aptasensor for zeatin[35]

3.3 新型免疫傳感器

免疫分析是利用抗體與抗原的特異性相互作用來(lái)選擇性識(shí)別和測(cè)定抗體、抗原或半抗原等待測(cè)物的一種分析方法。按標(biāo)記物的不同，傳統(tǒng)的免疫分析方法又分為放射免疫分析、酶聯(lián)免疫分析等。但傳統(tǒng)的免疫分析方法操作繁瑣，耗時(shí)耗力，難以發(fā)展成傳感器。Zhou等對(duì)傳統(tǒng)的酶聯(lián)免疫分析方法做改進(jìn)，以磁性微球代替微孔板做脫落酸抗原的載體，建立了基于磁性微球的脫落酸間接競(jìng)爭(zhēng)性免疫分析方法（圖7），將傳統(tǒng)酶聯(lián)免疫分析方法的異相反應(yīng)轉(zhuǎn)變成在磁性微球上的半均相反應(yīng)，有效提高了免疫反應(yīng)的速率和效率。他們還利用具有大表面積的納米晶體做一抗的載體，進(jìn)一步提高了檢測(cè)的靈敏度，實(shí)現(xiàn)了1 pmol/L到10 nmol/L范圍內(nèi)脫落酸的定量測(cè)定[41]。他們的研究雖然只是基礎(chǔ)研究，結(jié)合近年來(lái)熱門的微流控芯片，有望發(fā)展成新型的植物激素微流控芯片傳感器。

圖7 基于磁性微球的脫落酸免疫傳感方法示意圖Fig.7 Scheme of magnetic nanoparticle-based immunoassay for abscisic acid detection[41]

Zhou等還利用納米金的等離子體共振吸收隨顆粒間距而改變的特性[42]，建立了結(jié)合態(tài)脫落酸的均相免疫比色傳感方法[43]。他們用短肽做配體，制備出穩(wěn)定的功能化納米金，在抗體存在的情況下，一個(gè)抗體的兩個(gè)Fab片段分別與兩顆納米金上的脫落酸結(jié)合，從而將納米金連接起來(lái)，使納米金發(fā)生團(tuán)聚、變色。結(jié)合態(tài)脫落酸能抑制抗體與納米金的相互作用，并以此對(duì)結(jié)合態(tài)脫落酸進(jìn)行定量測(cè)定（圖8）。他們的研究實(shí)現(xiàn)了植物激素的均相免疫測(cè)定，使建立基于免疫學(xué)方法的傳感器成為可能。

圖8 基于納米金的結(jié)合態(tài)脫落酸免疫比色傳感器示意圖Fig.8 Scheme of gold nanoparticle-based colorimetric immunoassay for conjugated-abscisic acid detection[43]

Ueda課題組則改變思路，他們將抗體中構(gòu)成抗原識(shí)別域的重鏈和輕鏈分別通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)表達(dá)出來(lái)，而這兩個(gè)單獨(dú)的重鏈和輕鏈片段在抗原的作用下會(huì)結(jié)合形成完整的抗體Fab片段（圖9）。他們以這個(gè)思路發(fā)明了開(kāi)放式三文治夾心 ELISA（Open sandwich ELISA）技術(shù)[44]，研究其在小分子免疫分析中的應(yīng)用[45]，并實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)赤霉素在時(shí)間和空間上的成像和測(cè)定[46]。雖然目前這個(gè)方法的靈敏度不高，一些技術(shù)上的問(wèn)題有待進(jìn)一步研究，但它在小分子非競(jìng)爭(zhēng)性均相免疫分析中將有巨大的應(yīng)用前景，為建立基于免疫學(xué)方法的植物激素實(shí)時(shí)、在線傳感器提供了理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

圖9 開(kāi)放式三文治夾心ELISA方法示意圖Fig.9 A schematic drawing of open-sandwich immunoassay[47]

這些研究工作充分體現(xiàn)了植物激素傳感器研究對(duì)于植物生理研究的重要作用，體現(xiàn)了科研工作者對(duì)植物激素傳感器研究的重視，亦展示了眾多科研工作者在這方面的努力和成果。目前研究者們的焦點(diǎn)較多地集中在電化學(xué)傳感器的研究當(dāng)中，因電化學(xué)傳感器應(yīng)用較為廣泛，亦是最為容易技術(shù)轉(zhuǎn)化的方法之一。但電化學(xué)傳感器對(duì)目標(biāo)物電化學(xué)活性的要求成為植物激素電化學(xué)傳感器研究的障礙，亦促使研究者們向基于識(shí)別物質(zhì)的電化學(xué)傳感器突破。與此同時(shí)，光學(xué)傳感器及其它新型傳感器成為了研究者們關(guān)注的新焦點(diǎn)。相比較而言，得益于各種植物激素抗體的商業(yè)化生產(chǎn)和核酸適配體的迅猛發(fā)展，免疫傳感器和核酸適配體傳感器成為最有前景的傳感器之一。新型免疫傳感器和核酸適配體傳感器可在均相溶液中實(shí)現(xiàn)植物激素的定量測(cè)定，結(jié)合了抗體和核酸適配體的高特異性，以及均相反應(yīng)的高效性和便捷性，表現(xiàn)出較高的靈敏度。但免疫傳感器和核酸適配體傳感器仍處于基礎(chǔ)研究階段，距離植物激素的實(shí)時(shí)、原位、在線傳感，還需付出較大的努力。

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