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鋅作為一種植物生長(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,但當(dāng)其在植物體內(nèi)的累積量達(dá)到一定閾值也會(huì)表現(xiàn)出毒性效應(yīng)。利用非損傷微測(cè)技術(shù)可以對(duì)植物根際微區(qū)重金屬離子流的動(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)植物吸收以及耐受重金屬的生理機(jī)制。本文在前期工作的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種基于非損傷微測(cè)技術(shù)的Zn2+選擇性微電極,并首次實(shí)現(xiàn)了活體條件下植物根際Zn2+離子流的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)。
首先開發(fā)的Zn2+選擇性微電極進(jìn)行了性能表征。如圖1所示,微電極在去離子水中的線性響應(yīng)范圍為10-6~10-1mol/L,能斯特斜率為30.2 mV/decade;在簡(jiǎn)易模擬土壤溶液(溶液中含有0.1 mmol/L Ca(NO3)2,0.1 mmol/L KNO3,0.1 mmol/L Mg(NO3)2和1 mmol/L NaNO3)中,由于共存陽(yáng)離子的干擾,在低于50μmol/L的Zn2+濃度時(shí)其電位發(fā)生偏移,但在5×10-5~10-1 mol/L范圍內(nèi)仍然呈線性響應(yīng),能斯特斜率為28.1 mV/decade。
圖1 Zn2+微電極在去離子水和模擬土壤溶液中的校正曲線
同時(shí)檢測(cè)了溶液pH對(duì)微電極性能等的影響以及電極在實(shí)際使用中的穩(wěn)定性。如圖2所示,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。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)。
圖2 pH對(duì)Zn2+微電極電位的影響
圖3 Zn2+微電極的穩(wěn)定性測(cè)試
圖4伴礦景天根際Zn2+離子流測(cè)試
在對(duì)Zn2+微電極進(jìn)行一系列優(yōu)化和表征后,通過(guò)搭載非損傷微測(cè)系統(tǒng)對(duì)Zn/Cd超積累植物伴礦景天幼苗根際不同微區(qū)Zn2+離子流進(jìn)行了測(cè)定。如圖4所示,伴礦景天在距離根尖600μm內(nèi)Zn2+凈通量為內(nèi)吸,且在300μm處有最強(qiáng)的吸收速率,在700~1 000μm處則有明顯的Zn2+外排信號(hào)。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+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,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。