采用SVP470振動(dòng)探針測(cè)試植物
1.簡(jiǎn)介
SVP470是M470掃描電化學(xué)工作站的振動(dòng)探針模塊。采用SVP470可以測(cè)試溶液中樣品表面的局部電流分布。
1974年Nuccitelli和Jaffe首次引入振動(dòng)探針，以研究與生物過程（如胚胎發(fā)育）相關(guān)的細(xì)胞外電流[1]。從那時(shí)起，振動(dòng)探針被應(yīng)用于研究植物光合作用[2, 3]、傷口愈合[4]、腫瘤細(xì)胞[5]和肢再生[6]。振動(dòng)探針在腐蝕和涂層等相關(guān)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，Hugh Isaacs首次將振動(dòng)探針引入掃描振動(dòng)電極技術(shù)（SVET）[7]。
本文中通過測(cè)量吊蘭葉片證實(shí)SVP470（如圖1所示）在生物樣品測(cè)量方面的應(yīng)用。了解局部電流分布對(duì)于研究植物是非常重要的，因?yàn)槠渑c光合作用[2, 3]、傷口[8]和壓力[9]有關(guān)。
圖1 SVP470圖
1.振動(dòng)探針原理
在溶液中的自然活性或偏壓樣品上方會(huì)產(chǎn)生電流。由于iR降，這會(huì)引起活性區(qū)上方的電位梯度。電位梯度的強(qiáng)度與樣品活性和溶液電導(dǎo)率有關(guān)。振動(dòng)探針測(cè)量可以測(cè)量樣品上方的電位梯度，如圖2所示。從局部電位梯度可以確定存在的局部電流密度。
圖2 振動(dòng)探針中，探針樣品根據(jù)其在Z中的位置而具有不同的電位
在振動(dòng)探針中，探針使用壓電振動(dòng)器垂直于樣品平面振動(dòng)。在給定的x，y位置，當(dāng)活性和溶液電導(dǎo)率恒定時(shí)，測(cè)得的電位僅取決于探針在z方向振動(dòng)的位置。因此，用靜電計(jì)可以測(cè)量帶有直流偏移的交流電位。作為鎖定放大器的輸出，獲得與交流信號(hào)振幅成比例的直流電壓。振動(dòng)探針測(cè)量中涉及的電子元件如圖3所示。
通常，為了獲得感興趣的最終電流密度信號(hào)，局部電位測(cè)量被校準(zhǔn)到已知恒流源。
1.方法
采用SVP470振動(dòng)探針在自來水中測(cè)量了吊蘭葉片的下表面。
將葉子從植物上取下，用藍(lán)丁寶貼固定在玻璃盤中，底部朝上。玻璃盤替換了Tricell（電解池）的主體，以使樣品水平，如圖4所示。
圖4 將葉子固定在玻璃盤中
在振動(dòng)探針測(cè)量中，除了探針外，還需要第二個(gè)電極來組成電解池，并允許測(cè)量電位差。因?yàn)樵谶@里所示的實(shí)驗(yàn)中沒有施加電位，所以使用碳棒作為第二個(gè)電極。如圖5所示，通過隨SVP470提供的JC12CRC電纜的信號(hào)和接地連接，將碳棒連接到靜電計(jì)的“-Vin”連接。
圖5 振動(dòng)探針測(cè)量中電極和樣品的安裝
葉片的振動(dòng)探針測(cè)量采用Sweep Scan模式，掃描面積500μm x 500μm，掃描速度為1000μm/s，步長為5μm。為了確定參比相位，使用了自動(dòng)調(diào)諧功能（auto-tune）。當(dāng)使用此功能時(shí)，鎖定放大器確定在測(cè)量的交流信號(hào)和參比交流信號(hào)之間產(chǎn)生0°相位差的參考相位。通過實(shí)現(xiàn)0°相位差，信號(hào)輸出最大化。自動(dòng)調(diào)諧功能的詳細(xì)描述可在M470軟件的HELP文件的“CHM和CTM信號(hào)解調(diào)”頁中找到。信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)置如表1所示。
表1 葉片測(cè)量的SVP470信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)置
完成葉片振動(dòng)探針測(cè)量后，校準(zhǔn)探針，允許將原始電位測(cè)量轉(zhuǎn)換為感興趣的電流測(cè)量。
后處理，包括背景傾斜校正，使用Gwyddion軟件[10]進(jìn)行。
1.結(jié)果
振動(dòng)探針測(cè)量吊蘭植物葉片底部的結(jié)果如圖6所示。
圖6 吊蘭植物葉片底部的振動(dòng)探針測(cè)量，圖中圈出位置為: (a)上皮細(xì)胞; (b)氣孔; (c)未分化細(xì)胞
電流密度較高位置可見清晰的類金剛石結(jié)構(gòu)。這些特征與Chorlton[11] 文獻(xiàn)中顯示的上皮細(xì)胞的形狀很匹配。在一些上皮細(xì)胞的基部，較低電流密度的小橢圓形區(qū)域明顯。這些與氣孔有關(guān)。圖上還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可能的未分化細(xì)胞的例子。細(xì)胞外電流的存在是由于植物葉片上的信號(hào)，這是由離子調(diào)節(jié)。這種信號(hào)驅(qū)動(dòng)植物保護(hù)細(xì)胞的打開和關(guān)閉，允許氧氣和二氧化碳通過氣孔擴(kuò)散。
取一對(duì)上皮細(xì)胞的橫截面，將其長度與文獻(xiàn)中的長度關(guān)聯(lián)起來，如圖7所示。兩個(gè)表層細(xì)胞的長度分別為250和206μm，與Chorlton[11]所示的長度吻合。
圖7 用橫截面確定上皮細(xì)胞長度
1.結(jié)論
本文介紹了振動(dòng)探針（SVET）在植物葉片細(xì)胞外電流成像中的應(yīng)用。利用振動(dòng)探針可以利用局部電流密度來區(qū)分葉片的不同特性。與氣孔相比，上皮細(xì)胞的電流密度更高。
