離子選擇微電極測定植物細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，測定某一單個細胞內(nèi)離子的活度和細胞內(nèi)離子活度的動態(tài)變化，與其它測定方法相比，具有連續(xù)測定、記錄瞬時變化和真實可靠的特點。不僅如此，利用微電極技術(shù)還可以測到一個細胞內(nèi)不同細胞器內(nèi)離子的活度。迄今為止，國外研究主要集中在利用微電極技術(shù)對大麥、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，根系堅硬測定過程中易造成對微電極的嚴重破壞，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，測定時容易發(fā)生震動使得微電極易離開細胞，很難得到穩(wěn)定的測定數(shù)據(jù)，國內(nèi)外相關(guān)的研究尚處于空白。因此，本文著力于開發(fā)微電極技術(shù)測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，通過多次重復的實驗和摸索，在國內(nèi)首次詳細介紹了用微電極技術(shù)研究植物細胞電生理性質(zhì)的方法，包括電生理實驗系統(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、根系和葉片細胞中離子活度測定方法及

3、注意事項等。 實驗證明雙阻硝酸根離子選擇微電極對細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)濟的活體測定植物細胞中離子活度的方法。用微電極測定發(fā)現(xiàn)用含有5 mmol·L<'-1>NO<,3><'->的營養(yǎng)液誘導48h后的六葉期小白菜，葉片細胞中硝酸根離子活度分布在活度高低明顯不同的兩個區(qū)間內(nèi)：細胞質(zhì)中是0.24～10 mmol·L<'-1>，液泡中20～110 mmol·L<'-1>，且兩個區(qū)間在細胞跨膜電位上也有差

4、異。液泡占整個細胞體積的90％，所以，植物所吸收的硝酸根離子都集中在液泡中。 其次，運用單孔微電極插入法研究了在不同細胞內(nèi)外pH值的條件下，水稻——常規(guī)秈稻(楊稻6號)吸收NO<,3><'->時細胞膜電位的響應特征。結(jié)果表明：(1)大多數(shù)情況下，未經(jīng)NO<,3><'->培養(yǎng)的水稻根表皮細胞吸收NO<,3><'->會引起細胞膜電位瞬時的去極化，偶爾會產(chǎn)生膜電位的超級化。當水稻根系吸收NO<,3><'->時，表皮細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>時達到最大；(2)在不同外界pH條件下(4.4，5.5，7.0，8.O)，表皮細胞膜電位對N0<,3><'->的響應隨著外界pH的升高而有所降低；(3)5 mmol·L<'-1>丁酸鈉和3 mmol·L<'-1>普魯卡因可以使細胞內(nèi)pH分別降低O.16個單位和升高0.2個單位，而這些改變對水稻吸收N0<,3><'->時引起表皮細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時為最高，組織中N0<,3><'->和NH<,4><'+>的含量也在pH5.5時最高。由于細胞內(nèi)pH是受系統(tǒng)嚴格調(diào)控的，具有極強的緩沖能力，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)測定了在外界繼續(xù)供應和停止供應硝態(tài)氮后，不同水稻品種葉片細胞質(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)供應硝態(tài)氮后，水稻植株組織水平的硝酸根離子濃度沒有顯著的變化，而停止供應硝態(tài)氮的植株體內(nèi)硝酸根離子卻有隨缺氮時間延長而降低的趨勢；②水稻葉片細胞質(zhì)和液泡中硝酸根離子活度存在著明顯不同的變化趨勢。在停止供應硝態(tài)氮的24h內(nèi)，水稻葉片液泡中的硝酸根離子逐漸降低，而細胞質(zhì)中的硝酸根離子卻維持在一個較低的濃度且基本穩(wěn)定；③揚稻6號液泡中和細胞質(zhì)中的硝酸根離子活度均高于農(nóng)墾57，且在停止供應