非損傷性掃描離子選擇電極技術及其在高等植物...（一）

非損傷性掃描離子選擇電極技術及其在高等植物研究中的應用

印莉萍¹    上官宇²    許越^{2 *}

1.    首都師范大學生命科學學院， 北京 100037; 2.Younger USA Company, P.O. Box 37106, Raleigh, NC 27627 USA;)

摘要  各種分子和離子進出細胞的過程對于維持植物體自身的活性至關重要.非損傷性掃描離子選擇電極技術(Scanning Ion-selective Electrode Technique,SIET)在不接觸被測生物樣品－即在保持被測生物樣品完整和近乎實際生理環境的狀態下，獲得進出樣品的各種分子和離子的信息.該技術不僅能夠測量離子及分子靜止狀態下的絕對濃度，而且還可以測量它們進出生物樣品的運動速率及運動方向.SIET可以圍繞被測的單個或多個細胞、組織甚至器官進行靈活、方便而準確的立體測量并獲得被測物體周圍的離子或分子的三維立體數據.目前，SIET不但可以分別測量H⁺,Ca²⁺,K⁺,Al³⁺,Cd²⁺,Cl^-和O₂，CO₂，NO及溫度等參數，而且可以同時采集多種離子及參數，為獲得生物樣品內外分子或離子運動的有關信息提供了良好的實驗平臺.

關鍵詞 非損傷性電生理技術 離子選擇性電極 離子跨膜轉運 SIET

 對于跨膜的離子分子活性和轉運機制的研究始終是植物分子生理學研究的一個重要方面.特別是在基因組研究后期所面臨的一個挑戰就是如何理解和確認那些未知的或者人工表達的蛋白質功能，特別是細胞質膜上的離子的轉運載體，以及由這些蛋白質所產生的眾多信息是如何被細胞正確地整合到一起的.非損傷性掃描離子選擇電極技術(Scanning IonSelective Electrode Technique, SIET)作為一個綜合性較強的電生理技術成為迎接這一挑戰的理想工具.

SIET 技術的核心是離子和分子選擇性微電極(以下簡稱：離子電極)(圖1)，由Kühtreiber和 Jaffe^[1]設計的一套由計算機控制的自動定位測量系統演變發展而成.在計算機控制、信號放大和三維測量方面做了較大的改進^[2].由于SIET能夠以非損傷的方式測量到進出生物材料的離子以及分子的運動速率，并隨著離子/分子電極種類的不斷增多以及電子線路技術和計算機硬件軟件的逐步完善，SIET逐漸被應用到基礎生物學、生理學、神經生物學、空間生物學、臨床醫學、基礎醫學、病理學、毒理學、營養分子生理學、農林學及藥物機理研究等領域^[3，4].

盡管人們通過膜電壓的測量，如膜片鉗技術^[5，6]，及與顯微技術相結合的熒光染料技術，獲得了一些有關離子分布和運動的情況，但是，SIET技術作為對上述幾項技術的重要補充，并以其特有的時間和空間分辨率，為鑒定或驗證某些生物膜轉運系統的功能提供了非常有力的工具.在這篇綜述里，我們將介紹SIET的基本原理、方法及其在高等植物細胞研究中的應用.

 (a)Ca²⁺微電極的顯微照片，由液體離子交換劑(LIX)和電解質組成；(b)圖中A表示通過染料標記或膜片鉗等局部研究方法的時空分辨率；B表示整體組織研究過程中通過較慢的化學痕量方法的時空分辨率；而SIET作為一個開放式的實驗平臺，較好地填補了較慢的化學痕量方法與較快的染料標記或膜片鉗等方法兩者之間的技術空白.