離子選擇微電極測(cè)定植物細(xì)胞跨膜電位和液泡中硝酸根離子活度的方法研究.pdf

1、離子選擇性微電極是一種在活體條件下，測(cè)定某一單個(gè)細(xì)胞內(nèi)離子的活度和細(xì)胞內(nèi)離子活度的動(dòng)態(tài)變化，與其它測(cè)定方法相比，具有連續(xù)測(cè)定、記錄瞬時(shí)變化和真實(shí)可靠的特點(diǎn)。不僅如此，利用微電極技術(shù)還可以測(cè)到一個(gè)細(xì)胞內(nèi)不同細(xì)胞器內(nèi)離子的活度。迄今為止，國(guó)外研究主要集中在利用微電極技術(shù)對(duì)大麥、玉米、大豆等作物根系養(yǎng)分離子的研究。由于水稻根系容易木質(zhì)化，根系堅(jiān)硬測(cè)定過(guò)程中易造成對(duì)微電極的嚴(yán)重破壞，加大了研究的難度，所以關(guān)于微電極技術(shù)在水稻這一中國(guó)主要的糧食作

2、物根系養(yǎng)分離子研究中的甚少。植物葉片較薄，測(cè)定時(shí)容易發(fā)生震動(dòng)使得微電極易離開(kāi)細(xì)胞，很難得到穩(wěn)定的測(cè)定數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究尚處于空白。因此，本文著力于開(kāi)發(fā)微電極技術(shù)測(cè)定植物葉片的方法以及其在水稻根系硝態(tài)氮的吸收和利用方面的研究。 首先，通過(guò)多次重復(fù)的實(shí)驗(yàn)和摸索，在國(guó)內(nèi)首次詳細(xì)介紹了用微電極技術(shù)研究植物細(xì)胞電生理性質(zhì)的方法，包括電生理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組建，單孔及雙阻離子選擇性微電極的制作方法、工作原理、根系和葉片細(xì)胞中離子活度測(cè)定方法及

3、注意事項(xiàng)等。 實(shí)驗(yàn)證明雙阻硝酸根離子選擇微電極對(duì)細(xì)胞中硝酸根離子有較低的檢出限，是一種選擇性高、靈敏、經(jīng)濟(jì)的活體測(cè)定植物細(xì)胞中離子活度的方法。用微電極測(cè)定發(fā)現(xiàn)用含有5 mmol·L<'-1>NO<,3><'->的營(yíng)養(yǎng)液誘導(dǎo)48h后的六葉期小白菜，葉片細(xì)胞中硝酸根離子活度分布在活度高低明顯不同的兩個(gè)區(qū)間內(nèi)：細(xì)胞質(zhì)中是0.24～10 mmol·L<'-1>，液泡中20～110 mmol·L<'-1>，且兩個(gè)區(qū)間在細(xì)胞跨膜電位上也有差

4、異。液泡占整個(gè)細(xì)胞體積的90％，所以，植物所吸收的硝酸根離子都集中在液泡中。 其次，運(yùn)用單孔微電極插入法研究了在不同細(xì)胞內(nèi)外pH值的條件下，水稻——常規(guī)秈稻(楊稻6號(hào))吸收NO<,3><'->時(shí)細(xì)胞膜電位的響應(yīng)特征。結(jié)果表明：(1)大多數(shù)情況下，未經(jīng)NO<,3><'->培養(yǎng)的水稻根表皮細(xì)胞吸收NO<,3><'->會(huì)引起細(xì)胞膜電位瞬時(shí)的去極化，偶爾會(huì)產(chǎn)生膜電位的超級(jí)化。當(dāng)水稻根系吸收NO<,3><'->時(shí)，表皮細(xì)胞膜電位改變的程度

5、隨外界NO<,3><'->濃度的增大而增大，在濃度為0.5 mmol·L<'-1>時(shí)達(dá)到最大；(2)在不同外界pH條件下(4.4，5.5，7.0，8.O)，表皮細(xì)胞膜電位對(duì)N0<,3><'->的響應(yīng)隨著外界pH的升高而有所降低；(3)5 mmol·L<'-1>丁酸鈉和3 mmol·L<'-1>普魯卡因可以使細(xì)胞內(nèi)pH分別降低O.16個(gè)單位和升高0.2個(gè)單位，而這些改變對(duì)水稻吸收N0<,3><'->時(shí)引起表皮細(xì)胞膜電位的變化的影響不明顯；

6、(4)不同pH條件下培養(yǎng)兩周左右的水稻地上部干鮮重差異顯著，以pH5.5時(shí)為最高，組織中N0<,3><'->和NH<,4><'+>的含量也在pH5.5時(shí)最高。由于細(xì)胞內(nèi)pH是受系統(tǒng)嚴(yán)格調(diào)控的，具有極強(qiáng)的緩沖能力，因此，N0<,3><'->的吸收主要受外界pH的影響。酸性pH可以促進(jìn)N0<,3><'->的內(nèi)流，因此增加了N0<,3><'->。的凈吸收。最后，利用微電極技術(shù)測(cè)定了在外界繼續(xù)供應(yīng)和停止供應(yīng)硝態(tài)氮后，不同水稻品種葉片細(xì)胞質(zhì)和液泡

7、中硝酸根離子活度在24h內(nèi)的變化情況。結(jié)果表明：①在繼續(xù)供應(yīng)硝態(tài)氮后，水稻植株組織水平的硝酸根離子濃度沒(méi)有顯著的變化，而停止供應(yīng)硝態(tài)氮的植株體內(nèi)硝酸根離子卻有隨缺氮時(shí)間延長(zhǎng)而降低的趨勢(shì)；②水稻葉片細(xì)胞質(zhì)和液泡中硝酸根離子活度存在著明顯不同的變化趨勢(shì)。在停止供應(yīng)硝態(tài)氮的24h內(nèi)，水稻葉片液泡中的硝酸根離子逐漸降低，而細(xì)胞質(zhì)中的硝酸根離子卻維持在一個(gè)較低的濃度且基本穩(wěn)定；③揚(yáng)稻6號(hào)液泡中和細(xì)胞質(zhì)中的硝酸根離子活度均高于農(nóng)墾57，且在停止供應(yīng)