非損傷微測(cè)Zn2+選擇性微電極的研發(fā)及應(yīng)用①

張?jiān)瞥?，李連禎，徐世艾，于順洋，李瑞杰，駱永明,4

(1 煙臺(tái)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東煙臺(tái) 264005；2 中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所，海岸帶環(huán)境過(guò)程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東煙臺(tái)264003；3 中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心，山東青島 266071；4 中國(guó)科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京土壤研究所)，南京210008)

深入認(rèn)識(shí)重金屬離子在植物根際微界面的過(guò)程與機(jī)制有助于揭示植物適應(yīng)重金屬脅迫的生理機(jī)制，同時(shí)也可為控制重金屬向食物鏈遷移提供科學(xué)依據(jù)。受技術(shù)手段限制，對(duì)植物吸收富集重金屬離子的研究通常是以植物的整個(gè)器官或組織作為研究對(duì)象并通過(guò)化學(xué)方法分析其含量[1-3]。這些傳統(tǒng)分析方法操作相對(duì)簡(jiǎn)單、易行，但同時(shí)也存在其局限性，主要表現(xiàn)在兩方面：其一，對(duì)樣本的破壞性，不能反映活體植物吸收金屬離子的特性；其二，分析的時(shí)空分辨率低，其反映的是一定時(shí)間內(nèi)整個(gè)器官或組織對(duì)某種離子吸收濃度的平均值，無(wú)法實(shí)時(shí)測(cè)定根系微區(qū)離子的動(dòng)態(tài)吸收過(guò)程。后來(lái)出現(xiàn)的同位素示蹤、熒光顯微成像技術(shù)和膜片鉗技術(shù)等，雖然也在一定程度上可以對(duì)活體植物的離子分布和運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行檢測(cè)，但是這些方法普遍具有時(shí)間分辨率差的缺點(diǎn)。

非損傷微測(cè)技術(shù)(Non-invasive Micro-test Technology，NMT)是一種實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)測(cè)定活體材料的新技術(shù)，它通過(guò)測(cè)定進(jìn)出材料的離子或分子的流速反映生命活動(dòng)的規(guī)律，是生理功能研究的最佳工具之一[4-5]。1990年，美國(guó)科學(xué)家Kühtreiber 和Jaffe[6]首次提出掃描微電極技術(shù)(非損傷微測(cè)技術(shù)起源)并成功測(cè)量出了Ca2+進(jìn)出細(xì)胞的流速，從而開(kāi)創(chuàng)了由生物活體靜態(tài)測(cè)量到動(dòng)態(tài)測(cè)量轉(zhuǎn)變的先河。非損傷微測(cè)技術(shù)具有獨(dú)特的分析時(shí)間(0.5 s)和空間(2 ～ 5 μm)分辨率，它的測(cè)定過(guò)程在根的表面完成而不需要侵入植物體，從而很好地避免了對(duì)樣本的破壞性而帶來(lái)的研究誤差甚至假象。因此，利用這個(gè)技術(shù)能夠?qū)χ参镂铡⑨尫偶稗D(zhuǎn)運(yùn)離子或者分子的根際過(guò)程和機(jī)制形成更深入的理解和統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。

目前可以搭載在非損傷微測(cè)系統(tǒng)上使用的微電極有玻璃電極、碳絲電極和金屬電極等類型；可以檢測(cè)的離子或分子主要有Ca2+、H+、K+、Na+、Mg2+、NH4+、Cl–、NO–3、Cd2+、Cu2+、Pb2+及O2、H2O2、CO2、NO 等[7-17]；被測(cè)樣品不僅僅局限于植物，也可以應(yīng)用于細(xì)胞、動(dòng)物等生命樣品和金屬材料、顆粒材料和膜材料等非生命樣品。NMT 目前已廣泛應(yīng)用于植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境脅迫等研究領(lǐng)域，受重金屬微傳感器種類的限制，其在重金屬毒理效應(yīng)與機(jī)制研究中的應(yīng)用亟待進(jìn)一步拓展和深入。Zn 作為一種植物生長(zhǎng)的必需微量元素，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[18]，但當(dāng)其在植物體內(nèi)的累積量達(dá)到一定值時(shí)也會(huì)表現(xiàn)出毒性效應(yīng)[19]。隨著Zn 肥在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用、Pb/Zn 礦的開(kāi)發(fā)以及工業(yè)廢水的排放和大氣沉降過(guò)程等影響，導(dǎo)致Zn 在土壤中大量積累[20]。利用非損傷微測(cè)技術(shù)可以對(duì)Zn2+在植物根際微界面的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)、活體檢測(cè)，這將有助于我們深入認(rèn)識(shí)植物適應(yīng)Zn 毒害的生理機(jī)制。然而，由于傳統(tǒng)Zn2+選擇性宏觀電極所使用的離子載體普遍存在靈敏性低、對(duì)其他離子抗干擾性差、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，無(wú)法用于非損傷微測(cè)系統(tǒng)的微傳感器中。為實(shí)現(xiàn)活體植物根表Zn2+離子流的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)，需開(kāi)發(fā)、表征、優(yōu)化一種新型Zn2+選擇性微電極來(lái)滿足非損傷微測(cè)系統(tǒng)對(duì)離子流檢測(cè)的要求。

伴礦景天(Sedum plumbizincicola)作為我國(guó)發(fā)現(xiàn)的Zn/Cd 超積累植物[21-26]，因其對(duì)Zn 和Cd 超富集能力已被成功應(yīng)用于治理修復(fù)Zn/Cd 污染土壤[27]。本研究以伴礦景天幼苗作為受試生物材料，通過(guò)研發(fā)的新型非損傷微測(cè)Zn2+選擇性微電極成功實(shí)現(xiàn)了植物根際Zn2+離子流的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、活體檢測(cè)，同時(shí)與其根際不同微區(qū)的Cd2+離子流特征進(jìn)行了對(duì)比研究。

1 材料與方法

1.1 試劑、儀器與材料

本研究所用試劑硝酸銅[Cu(NO3)2]、硝酸鉛[Pb(NO3)2]、硝酸鈣[Ca(NO3)2]、硝酸鎂[Mg(NO3)2]、硝酸鈉(NaNO3)、硝酸鎘[Cd(NO3)2]、硝酸鉀(KNO3)、硝酸銨(NH4NO3)、氯化鉀(KCl)、乙二胺四乙酸二鈉(Na2EDTA)均為分析純?cè)噭?，?gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鋅離子載體 Ⅰ(tetra-n-butyl thiuram disulfide，TBTDS)、鋅離子載體 Ⅳ(Potassium hydrotris(Ntert-butyl-2-thioimidazolyl)borate，[TmBut]K)、鄰苯二甲酸二丁酯(Dibutyl phthalate, DBP)、硝基苯辛基醚(2-Nitrophenyl octyl ether, o-NPOE)、四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸鈉(Sodium tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate, NaBARF)均購(gòu)于西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司。

本研究有關(guān)微電極的表征與應(yīng)用測(cè)試在非損傷微測(cè)系統(tǒng)(YG-MS-001，美國(guó)楊格公司)上完成。所用玻璃毛細(xì)電極管(XY-CGQ-01)、液體離子交換劑(liquid ions exchanger，LIX)載體管(XY-LIX-01)和Cd2+LIX 均購(gòu)于旭月(北京)科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 Zn2+選擇性微電極的制備 Zn2+選擇性微電極主要包括玻璃毛細(xì)電極管、液體離子交換劑LIX和膜后灌充液3 部分。LIX 主要包括離子載體、親脂性鹽和溶劑3 部分。LIX 和膜后灌充液的制備參考文獻(xiàn)[28-35]，并進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。首先用接細(xì)管的注射器將膜后灌充液從玻璃毛細(xì)電極管尾部緩慢推入內(nèi)部，產(chǎn)生一段液柱(長(zhǎng)度約10 mm)直至電極尖端有液體滲出。在顯微鏡下觀察電極內(nèi)部是否有氣泡產(chǎn)生，若產(chǎn)生氣泡，須將電極尖端垂直向下放置一段時(shí)間，直至氣泡完全消失，將玻璃毛細(xì)電極管置于顯微鏡下備用。然后用LIX 載體管蘸取少量LIX，制作成LIX池，從尾部給予一定壓力使其液面凸出。最后將其放入顯微鏡下與玻璃毛細(xì)電極管置于一個(gè)平面，使玻璃毛細(xì)電極管尖端接觸到LIX 凸液面，LIX 會(huì)逐漸吸入玻璃毛細(xì)電極管尖端。當(dāng)LIX 在玻璃毛細(xì)電極管中的長(zhǎng)度達(dá)到100 ～ 120 μm 時(shí)將其取下，插在固定器的Ag/AgCl 絲上并與非損傷微測(cè)系統(tǒng)連接備用。

1.2.2 Zn2+選擇性微電極的能斯特斜率測(cè)試 首先配制不同Zn2+濃度的標(biāo)定液，在非損傷微測(cè)系統(tǒng)完成不同標(biāo)定液電位E的測(cè)定。電位E與標(biāo)定液Zn2+濃度C之間的關(guān)系可以用能斯特方程[36]來(lái)描述。

式中：E為微電極與參比電極之間的電壓，mV；C為標(biāo)定溶液中Zn2+濃度，mol/L；s為能斯特斜率，mV/decade；k為能斯特截距，mV。其中能斯特斜率s理論值的計(jì)算公式為：

式中：R為氣體常數(shù)，8.314 J/(K·mol)；T為絕對(duì)溫度，K；F為法拉第常數(shù)，9.6487×104C/mol；n為被測(cè)離子的化合價(jià)，對(duì)于Zn2+，n= 2。在25 °C 時(shí)，Zn2+的能斯特斜率s理論值為29.5 mV/decade。

1.2.3 Zn2+選擇性微電極的線性響應(yīng)范圍 離子選擇性微電極在一定檢測(cè)范圍內(nèi)電位和濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。對(duì)不同Zn2+濃度的標(biāo)定液使用同一根微電極分別進(jìn)行3 次測(cè)量取平均值，得到不同Zn2+濃度的對(duì)數(shù)與微電極電位之間的關(guān)系，即微電極的校正曲線，從而求得Zn2+選擇性微電極的線性范圍。

1.2.4 Zn2+選擇性微電極的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試 Zn2+選擇性微電極應(yīng)用于非損傷微測(cè)系統(tǒng)時(shí)，響應(yīng)時(shí)間是一個(gè)重要的參數(shù)。根據(jù)IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì))的推薦，離子選擇性微電極的響應(yīng)時(shí)間是指從微電極和參比電極接觸標(biāo)定液時(shí)算起(或由標(biāo)定液中被測(cè)物質(zhì)的濃度發(fā)生改變時(shí)算起)，到電位穩(wěn)定值的95% 所經(jīng)歷的時(shí)間(t95%)[37]。本研究使用不同的Zn2+選擇性微電極分別對(duì)10–3、10–4mol/L 的Zn2+標(biāo)定液進(jìn)行多次t95%的測(cè)定，尋求響應(yīng)時(shí)間最短的微電極。

1.2.5 Zn2+選擇性微電極的選擇性系數(shù) 本研究通過(guò)分別溶液法[38]計(jì)算選擇性系數(shù)。將微電極浸入只含有Zn2+溶液中，測(cè)得其電位值EZn，然后再將其浸入與主離子濃度相等的只含干擾離子的溶液中，測(cè)出其電位值EJ。然后使用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：ZJ代表干擾離子所帶電荷數(shù)；?Zn、?J分別代表Zn2+和干擾離子的活度，mol/L；F代表法拉第常數(shù)；R代表理想氣體常數(shù)。

1.2.6 Zn2+選擇性微電極的穩(wěn)定性測(cè)試 良好的穩(wěn)定性是Zn2+選擇性微電極應(yīng)用于非損傷微測(cè)系統(tǒng)的必要條件。將Zn2+選擇性微電極分別浸入不同濃度的Zn2+標(biāo)定液中，測(cè)定一段時(shí)間內(nèi)的電位值和電位差，電位值和電位差的變化情況可以反映出Zn2+選擇性微電極的穩(wěn)定性。

1.3 供試植物及其生長(zhǎng)條件

伴礦景天是我國(guó)本土發(fā)現(xiàn)的一種Zn/Cd 超積累植物，幼苗由中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所提供。在實(shí)驗(yàn)室以無(wú)性繁殖的方式(扦插)種植，培養(yǎng)在Hogland[39]營(yíng)養(yǎng)液中，組成為：1.0 mmol/L Ca(NO3)2，1.0 mmol/L K(NO3)，0.4 mmol/L MgSO4，0.2 mmol/L KH2PO4，10 μmol/L Fe( Ⅱ)-EDTA，9 μmol/L H3BO4，0.2 μmol/L ZnSO4，0.1 μmol/L CuSO4，2 μmol/L MnSO4，0.02 μmol/L (NH4)6Mo7O24。營(yíng)養(yǎng)液pH 每天用0.1 mol/L HCl 或者0.1 mol/L NaOH 調(diào)節(jié)至6.0 左右，植物在人工氣候室下培養(yǎng)(光周期為白天16 h，黑夜8 h；白天溫度25 °C，黑夜溫度18 °C；濕度為75%)，保持全天候通氣，每?jī)商鞊Q一次營(yíng)養(yǎng)液。

1.4 離子流的檢測(cè)

受試植物伴礦景天幼苗的根用去離子水洗凈并固定在培養(yǎng)皿中，加入測(cè)試液(組成為0.05 mmol/L Zn(NO3)2，0.1 mmol/L Ca(NO3)2，0.1 mmol/L KNO3、0.1 mmol/L Mg(NO3)2和1 mmol/L NaNO3)，平衡10 min 至Zn2+流速穩(wěn)定。將制備好的Zn2+選擇性微電極與非損傷微測(cè)系統(tǒng)連接，在標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定完成后分別檢測(cè)伴礦景天根尖部位(0 ～ 1 000 μm)Zn2+離子流。另外，Cd2+選擇性微電極制備和離子流檢測(cè)流程與Zn2+相似。

離子通量的計(jì)算由Fick 第一擴(kuò)散定律求得。通過(guò)測(cè)定根際表面到X 方向30 μm 兩點(diǎn)之間的電位差ΔV，從而求得ΔC，離子通量由以下計(jì)算公式求得：

式中：J為X 方向的離子通量，10-12mol/(cm2·s)；D為離子分子的擴(kuò)散系數(shù)是離子濃度梯度，pmol/cm4。

2 結(jié)果與討論

2.1 Zn2+ 選擇性微電極的表征

2.1.1 能斯特斜率和校正曲線 本研究首先通過(guò)篩選不同的Zn2+載體，排除不能直接溶解于溶劑(o-NPOE 和DBP)中的離子載體；其次，通過(guò)調(diào)整離子載體(TBTDS、[TmBut]K)與其他組分配比配制LIX，對(duì)其進(jìn)行能斯特斜率表征。當(dāng)TBTDS、NaBARF和o-NPOE 質(zhì)量比為1︰1︰8 時(shí)，微電極能斯特斜率最接近理論值(表1)，故選用此種組分配比作為Zn2+選擇性微電極的LIX。進(jìn)一步通過(guò)調(diào)整微電極其他的組分來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化微電極的性能。

表1 不同組分配比的LIX 對(duì)微電極斜率的影響Table 1 Effects of different ratios of LIX on slopes of microelectrodes

在離子流測(cè)試過(guò)程中需要保持植物根的正常生理狀態(tài)，需要在測(cè)試液中加入營(yíng)養(yǎng)離子。本研究同時(shí)配制了簡(jiǎn)易模擬土壤溶液(0.1 mmol/L Ca(NO3)2，0.1 mmol/L KNO3，0.1 mmol/L Mg(NO3)2和1 mmol/L NaNO3)來(lái)評(píng)價(jià)微電極的性能。將做好的Zn2+微電極與非損傷微測(cè)系統(tǒng)連接，分別浸入Zn2+濃度為10–6、10–5、5×10–5、10–4、10–3、10–2和10–1mol/L 的去離子水和簡(jiǎn)易模擬土壤溶液中，測(cè)得輸出電位。由圖1可知，微電極在去離子水中的線性響應(yīng)范圍為10-6～10–1mol/L，其能斯特斜率為30.2 mV/decade；在簡(jiǎn)易模擬土壤溶液中，由于共存陽(yáng)離子的干擾，在低于50 μmol/L 的Zn2+濃度時(shí)其電位發(fā)生偏移，但在5×10–5～ 10–1mol/L 范圍內(nèi)仍然呈線性響應(yīng)，能斯特斜率為28.1 mV/decade?？梢钥闯龃宋㈦姌O在含有不同Zn2+濃度的去離子水和簡(jiǎn)易模擬土壤溶液中均具有接近于理論值的能斯特響應(yīng)斜率，這也為后續(xù)Zn2+離子流檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度提供了保障。微電極在含有營(yíng)養(yǎng)離子的簡(jiǎn)易模擬土壤溶液中也具有較好的能斯特斜率，表明此電極對(duì)共存離子表現(xiàn)出較好的抗干擾性。

圖1 Zn2+ 微電極在去離子水和模擬土壤溶液中的校正曲線Fig. 1 Calibration curves of Zn2+ microelectrode in deionized water and simulated soil solution

2.1.2 選擇性系數(shù) 本研究所用的離子載體TBTDS 為一種中性載體，在離子選擇性電極的研究中普遍證實(shí)，中性載體膜往往只對(duì)陽(yáng)離子具有滲透性。因此，它的電化學(xué)性能幾乎不受親水陰離子(如Cl–、NO)的影響[40-43]。本研究探究微電極對(duì)共存陽(yáng)離子的選擇性，采用公式(3)對(duì)微電極的選擇性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。分別配制濃度為10–2、10–3、10–4mol/L的Ca(NO3)2、KNO3、Mg(NO3)2、NaNO3、Cu(NO3)2、NH4NO3、Pb(NO3)2、Cd(NO3)2，使用同一根微電極分別測(cè)定電位，計(jì)算出微電極的選擇性系數(shù)。由表2可見(jiàn)，微電極對(duì)大部分陽(yáng)離子表現(xiàn)出較好的選擇性，計(jì)算所得的值為 –3 左右，表明只有比Zn2+高出1 000 倍活度的干擾離子才足以干擾微電極對(duì)Zn2+的選擇性響應(yīng)。微電極對(duì)Cu2+和Pb2+選擇性較差，可能是由于所用離子載體TBTDS 中含有S 原子，而S 原子對(duì)Cu2+和Pb2+具有更強(qiáng)的親和力而干擾了微電極對(duì)Zn2+的響應(yīng)[30]。

表2 微電極的選擇性系數(shù)以及與其他研究的對(duì)比Table 2 Selectivity coefficients of microelectrodes in this and others studies

2.1.3 pH 對(duì)微電極的影響 配制10-3mol/L 的Zn(NO3)2溶液，調(diào)節(jié)pH 范圍為2.5 ～ 7.5，分別測(cè)試電位。由圖2 可得，pH 在3.5 ～ 7.0 范圍內(nèi)電位穩(wěn)定，微電極在此pH 范圍內(nèi)可以正常工作。當(dāng)pH 低于3.5時(shí)，微電極受H+的干擾，電位會(huì)有所上升；當(dāng)pH 達(dá)到 7.0 后，由于Zn2+的水解(Zn2++2H2O→Zn(OH)2+2H+)，導(dǎo)致Zn2+的濃度下降，電位也隨之下降。這表明微電極可以保證在適合植物生長(zhǎng)的pH環(huán)境下進(jìn)行穩(wěn)定的離子流測(cè)試。

圖2 pH 對(duì)Zn2+ 微電極電位的影響Fig. 2 Effect of pH on the potential of Zn2+ microelectrode

2.1.4 響應(yīng)時(shí)間 研究發(fā)現(xiàn)膜后灌充液對(duì)微電極的響應(yīng)時(shí)間有很大的影響。由表3 可知，膜后灌充液組成為10 mmol/L Zn(NO3)2和0.1 mmol/L KCl 時(shí)微電極有最短的響應(yīng)時(shí)間。最終選用組成為10 mmol/L Zn(NO3)2和0.1 mmol/L KCl 溶液作為膜后灌充液，響應(yīng)時(shí)間t95%≤ 1 s。微電極較短的響應(yīng)時(shí)間可以節(jié)約測(cè)試時(shí)間，也可以保證離子流測(cè)試結(jié)果的真實(shí)可靠性。

表3 不同灌充液對(duì)微電極響應(yīng)時(shí)間的影響Table 3 Effects of different inner liquids on response time of microelectrode

2.1.5 穩(wěn)定性 在使用NMT 測(cè)試樣品過(guò)程中，信號(hào)的穩(wěn)定性至關(guān)重要，所以必須保證微電極本身有穩(wěn)定的電位值。通過(guò)非損傷微測(cè)系統(tǒng)測(cè)定了電極在10–3、10–4mol/L Zn(NO3)2標(biāo)定液中一段時(shí)間內(nèi)的電位值和電極移動(dòng)一段距離(30 μm)所產(chǎn)生的電位差。如圖3 所示，微電極在10 min 內(nèi)電位值幾乎不發(fā)生改變，電位差也接近于0。這表明微電極有非常好的穩(wěn)定性，在檢測(cè)過(guò)程中可以避免電位波動(dòng)所帶來(lái)的誤差。

圖3 Zn2+ 微電極的穩(wěn)定性測(cè)試Fig. 3 Stability test of Zn2+ microelectrode

2.2 植物根際Zn2+ 離子流的檢測(cè)

在對(duì)Zn2+微電極進(jìn)行優(yōu)化和表征后，搭載非損傷微測(cè)系統(tǒng)對(duì)伴礦景天幼苗進(jìn)行了根際不同微區(qū)Zn2+離子流進(jìn)行了測(cè)定，離子通量由公式(4)計(jì)算得出。如圖4 所示，伴礦景天在距離根尖600 μm 內(nèi)Zn2+凈通量為內(nèi)吸，且在300 μm 處有最強(qiáng)的吸收速率，在700 ～ 1 000 μm 處則有明顯的Zn2+外排信號(hào)。同時(shí)，通過(guò)Cd2+微電極測(cè)得的根際Cd2+離子流數(shù)值盡管較Zn2+低，但其在不同微區(qū)的輪廓與Zn2+離子流具有類似的規(guī)律，表現(xiàn)在距離根尖端0 ～ 500 μm 處吸收，在600 ～ 1 000 μm 處則表現(xiàn)為外排(圖5)。

圖4 伴礦景天根際Zn2+ 離子流測(cè)試Fig. 4 Zn2+ flux across rhizosphere of Sedum plumbizincicola

圖5 伴礦景天根際Cd2+ 離子流測(cè)試Fig. 5 Cd2+ flux across rhizosphere of Sedum plumbizincicola

伴礦景天作為一種Cd/Zn 超積累植物，其對(duì)高濃度的重金屬表現(xiàn)出一定的抗性和耐受性。通過(guò)非損傷微測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)其在根尖微區(qū)存在外排Zn2+、Cd2+的部位，這可能是其避免高濃度重金屬對(duì)其根部造成損害的一種主動(dòng)防御措施。作為一種解毒重金屬的重要手段，植物可以通過(guò)根部主動(dòng)排出金屬離子來(lái)降低細(xì)胞中不需要的金屬濃度，這種依賴于ATP 的外排機(jī)制首先在白玉草(Silene vulgaris)的根中發(fā)現(xiàn)[44]，后來(lái)也在其他植物的根中發(fā)現(xiàn)[45]。但是這種植物主動(dòng)外排金屬離子的分子生物學(xué)過(guò)程機(jī)制目前尚不完全清楚，值得深入分析和研究。

3 結(jié)論

本研究建立了一種性能優(yōu)異的非損傷微測(cè)Zn2+選擇性微電極，并首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)植物根際微區(qū)Zn2+離子流的實(shí)時(shí)、活體檢測(cè)。這種基于非損傷微測(cè)的Zn2+離子流檢測(cè)技術(shù)為活體條件下深入認(rèn)識(shí)Zn2+在植物根-液以及根-莖等微界面的動(dòng)態(tài)傳輸過(guò)程與機(jī)制提供了一種強(qiáng)有力的研究手段。