5   在植物逆境生理研究中的应用

随着选择性微电极技术的日益成熟，近年来，许多学者开始用选择性微电极探讨植物适应逆境的离子或分子流的瞬间变化（我们称之为原初响应机制）。Shabala（2000）考察了蚕豆叶片叶肉细胞在盐胁迫和渗透胁迫下离子流的响应机制，观察到90mM NaCl会导致K⁺出现明显的外流，促进H⁺泵活性，但是当测定液中含有10mM Ca²⁺时，上述现象就不发生。然而Na⁺流无论在高Ca²⁺或低Ca²⁺的测定液中，变化都不明显。相反地是，蚕豆叶片在150mM 甘露醇（相当于-0.38 MPa）下，K⁺出现明显的内流。因此，Shabala认为蚕豆叶参与感知盐分和渗透胁迫的离子响应机制是不同的。而且他们还发现，所处测定液的离子组成的变化并不会改变渗透胁迫(150mM 甘露醇)引起叶肉细胞K⁺、Cl^-显著的增加（Shabala等，2000）。另外，shabala等（2002）把选择性微电极技术和压力探针技术结合起来，直接观察到了渗透胁迫时拟南芥根表皮细胞膨压变化与离子移动之间的关系，实时地证明了渗透胁迫一开始，细胞膨压立即从0.65 MPa降低到大约0.25 MPa。当胁迫2~10 min左右时，细胞膨压开始恢复，而且此时伴随着K⁺、Na⁺、Cl^-的显著内流(30~80 nmolm^-2s^-1)，并认为细胞膨压的快速恢复主要是由于渗透胁迫引起大量K⁺、Na⁺、Cl^-调入细胞，从而加大吸水能力。

Carden等（2003）在测定200 mmol/LNaCl胁迫下小麦根内Na⁺、K⁺、H⁺活度的变化时，将微电极分别插入根皮层细胞的胞质里和液泡里，测定了这两部分Na⁺等离子在200 mmol/LNaCl胁迫下第5、8天发生的变化。结果表明，NaC1胁迫处理后的第5天，大麦耐盐品种‘Gerbel’和盐敏感品种‘Triumph’根皮层细胞胞质都具有较高K⁺活度，而细胞胞质中的Na⁺活度则是盐敏感品种明显高于前者；NaC1胁迫处理第8天，耐盐品种根细胞胞质仍能维持高K⁺活度，而盐敏感品种的K⁺活度下降，Na⁺活度则‘Gerbel’细胞胞质中高于‘Triumph’。Pang等（2006）用选择性微电极研究了耐涝大麦与涝敏大麦在水涝（即氧不足）条件下，大麦根三个区域表面的H⁺、K⁺、O₂流（动）。发现涝敏大麦‘Naso Nijo’在氧不足时，其根成熟区表面的K⁺内流量急剧变小，而耐涝大麦‘TX9425’K⁺内流量几乎未发生变化。

当用选择性微电极进行长时间监测时，还可以观察到植物体的离子或分子流呈现一定的次昼夜节律性波动变化。Shabala等（2006）用H⁺、K⁺、Ca²⁺、O₂微电极分别考查了多种植物及同一植物不同部分（燕麦胚芽鞘原生质体、番茄花粉管、原生生物细胞、玉米幼根分生区、玉米叶表皮）的H⁺、K⁺、Ca²⁺、O₂流（动）。观察到H⁺、K⁺、O₂流（动）具有内生的波动节律性变化，Ca²⁺流（动）却没有波动，而且H⁺、K⁺、O₂流次昼夜节律性波动的周期会随着环境温度、氧浓度、试验植株生长的基液的化学组成、盐和渗透胁迫的变化而变化；跨膜的H⁺流的波动周期随着试验植株所处的基液中K⁺、NaCl浓度的升高而增大，随着环境温度上升而减小；O₂流的次昼夜节律性波动随着环境温度下降、氧不足而变慢。

上述研究充分说明，选择性微电极技术可以及时准确地检测到活体植物离子或分子信息因环境变化而引起的微量变化。因此，该技术可能成为最灵敏、最直观、能实时反映逆境胁迫后植物的生理指标测定方法之一。

6  选择性微电极技术的优点与局限

选择性微电极技术的最大优点，是在保持被测植物样品完整（即不造成任何损伤）和接近实际生理状态环境下进行测定，并能实时、连续地获得进出活体植物组织、器官、单个细胞甚至细胞器内特定离子或分子活度计移动速率。虽然膜片钳技术也能实时监测植物生物膜离子通道的离子（电）流(ion current)变化，但是它只能用于研究脱去细胞壁后的生物膜的离子通道（电）流（许越和邱泽生 1993；朱俊英等 2006），使得它在植物上很难广泛应用。当然，现在也有研究者把选择性微电极技术与膜片钳技术结合起来，同时监测生物膜的离子流（动）（ion flux）和离子（电）流（Tyerman等 2001；Gilliham等 2006），这为实时探明不同环境下生物膜离子通道、载体或泵活性的变化提供了很好的研究平台。选择性微电极技术与膜片钳技术及常规技术相比具有明显的优点，上述3种方法在测定离子流时的差异见表1。

当然，目前选择性微电极技术也有制作困难，且不易保存，离子载体或LIX的选择性系数不理想（Knowles和Shabala 2004），且选择性微电极所测到的电位与溶液的浓度并不总是呈现理想的能斯特斜率（Nernstian slope），另外膨胀状态的植物细胞及其细胞壁，容易损坏微电极的尖端(Felle 1989)，因此在一定程度上也限制了其应用的范围。