植物生理学研究中的压力探针技术

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植物生理学研究中的压力探针技

术

万贤崇

1

*

,

叶清

2

1

中国林业科学院林业新技术研究所

,

北京

100091

;

2

哈佛大学生物实验中心

,

M

A

02138

摘

要

压力探针技术是一种用来测定微系统中压力大小和变化的新技术。其最初被设计用于直接测定巨型藻类的细胞膨压

随着操作装置的进一步微型化和精密化

,

后来被应用于测定普通高等植物细胞膨压及其它水分关系参数。该技术的发展

建

在一系列相应的流体物理学理论基础上。通过这些物理学公式的计算

,

该技术能测定跨细胞膜或器官的水分运输速度以及

们的水力学

导度

;

测定溶液中水分和溶质的相对运输速度以及它们之间的相互影响

;

还可以测定细胞壁的刚性等。目前压

探针技术已成为植物生理学和生态学领域研究中的多用途技术。它可以在细胞水平上原位测定水分及溶质跨膜运输及分布

况

,

这对于阐明水通道功能具有极其重要的意义。此外

,

木质部压力探针技术是目前唯一可以直接测定导管或管胞中负压

工具。该技术还可以用于单细胞汁液的样品采

集

,

结合微电极技术测定导管或其它细胞中的

pH

值、离子浓度以及细胞膜电位

本文重点介绍该技术使用的基本原理和相应的理论基础

,

并详细地描述了操

作过程中的技术和技巧。

关键

词

细胞水分关

系

,

压力探

针

,

反射系

数

,

溶质运

输

,

细胞膨压

万贤

崇

,

叶

清

(2008)

.

植物生理学研究中的压力探针技

术

.

植物学通

报

2

5

,

497

506.

压力探针技术最初被设计用于测定巨型藻类细胞的

膨压

(Steudl

e

an

d

Zimmermann

,

1971

;

Zimmermann

an

d

Steudle

,

1978)

。

该技术改进之后可以用于普通高

等植物细胞的膨压和水分关系参数测定

(

H

ü

ske

n

e

t

al.,

1978

)

。

经过几十年的不断改进和

发

展

,

压力探针技术

已成为一种多用途技

术

(Tomo

s

an

d

Leigh

,

1999;

Wegne

r

an

d

Zimmermann

,

2002

,

2004

)

。

它可以细

分为细胞压力探针技

术

(cel

l

pressur

e

probe

,

o

r

cel

l

tur

-

go

r

pressur

e

probe)

、

根系压力探针技

术

(roo

t

pressure

probe)

、

木质部压力探针技

术

(xyle

m

pressure

probe)

、

用于从细胞内取样的取样压力探针

(sampling

pressur

e

probe)

和结合微型离子电极

的压力探针技术

(ion

-

selective

xylem

pressure

probe

)

等

。

这些技术可

以用来测定细胞的膨压

,

测定单个细胞及组织对水分、

溶质的吸收速度和导

度

,

还可以用于测定细胞壁的弹性

或刚性

,

测定细胞膜对溶质的反射系数

,

原位测定导管汁

液的

p

H

值及离子浓度以及提取单个细胞的汁液用于其

它生理生化指标的测定等。

膨压与细胞的生长

、

细胞对水分和溶质的吸收

,

其是与气孔调节关系密切

。

精确测定细胞膨压对了

上述过程的有关机理十分重

要

(Frank

s

e

t

al.

,

199

Wa

n

e

t

al.

,

200

4

;

Frank

s

an

d

Farquhar

,

2007)

年来细胞膜上水孔蛋

白

(aquaporins

)

的发现为植物水

生理的研究注入了新的活

力

(Maurel

,

1997)

。

对水孔

白的研究工作主要包含

2

个层面

:

其一

,

运用分子生物

手段使水孔蛋白基因过量表达或抑制表达

,

然后测定

较基因的拷贝数以及该类蛋白的丰度

;

其二

,

测定比较

白功能的变化

。

由于测定手段上的限制

,

以往通常采

异体表达模式

,

即将水孔蛋白基因转入蟾蜍卵中

,

使其

达

,

然后将这些卵细胞放置于低渗溶

液中测定蟾蜍卵

胀的速度

(Presto

n

e

t

al.

,

1992

;

Maure

l

e

t

al.

,

1993

这是一种间接的方

法

,

不能反映目的生物体细胞的真

情况

。

近年来有报道显示

,

结合遗传改造方法运用细

压力探针技术可以直接测定水孔蛋白在细胞或组织水

收稿日

期

:

2007

-

11

-

01

;

接受日

期

:

2008

-

01

-

20

基金项

目

:

国家自然科学基

金

(No.30770183

)

和十一五国家科技支撑计

划

(No.2006BAD03A0

5

、

No.2006BAD03A1

1

和

N

2006BAD

19B0201)

网址：植物生理学研究中的压力探针技术 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/394538

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