鋅作為一種植物生長的必需微量元素，在植物的生長發(fā)育過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但當其在植物體內(nèi)的累積量達到一定閾值也會表現(xiàn)出毒性效應(yīng)。利用非損傷微測技術(shù)可以對植物根際微區(qū)重金屬離子流的動態(tài)過程進行實時、活體檢測，這將有助于我們深入認識植物吸收以及耐受重金屬的生理機制。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技術(shù)的Zn2+選擇性微電極，并首次實現(xiàn)了活體條件下植物根際Zn2+離子流的實時、動態(tài)檢測。

首先開發(fā)的Zn2+選擇性微電極進行了性能表征。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，由于共存陽離子的干擾，在低于50μmol/L的Zn2+濃度時其電位發(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

同時檢測了溶液pH對微電極性能等的影響以及電極在實際使用中的穩(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，在檢測過程中可以避免電位波動所帶來的誤差（圖3）。

圖2 pH對Zn2+微電極電位的影響

圖3 Zn2+微電極的穩(wěn)定性測試

圖4伴礦景天根際Zn2+離子流測試

在對Zn2+微電極進行一系列優(yōu)化和表征后，通過搭載非損傷微測系統(tǒng)對Zn/Cd超積累植物伴礦景天幼苗根際不同微區(qū)Zn2+離子流進行了測定。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處有最強的吸收速率，在700~1 000μm處則有明顯的Zn2+外排信號。伴礦景天作為一種Cd/Zn超積累植物，其對高濃度的重金屬表現(xiàn)出一定的抗性和耐受性。通過非損傷微測技術(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其根部造成損害的一種主動防御措施，但是這種植物主動外排金屬離子的分子生物學(xué)過程機制目前尚不完全清楚，值得深入分析和研究。