非损伤性扫描离子选择电极技术及其在高等植物研究中的应用
印莉萍1 上官宇2 许越2 *
1. 首都师范大学生命科学学院， 北京 100037; 2.Younger USA Company, P.O. Box 37106, Raleigh, NC 27627 USA;)
摘要 各种分子和离子进出细胞的过程对于维持植物体自身的活性至关重要.非损伤性扫描离子选择电极技术(Scanning Ion-selective Electrode Technique,SIET)在不接触被测生物样品－即在保持被测生物样品完整和近乎实际生理环境的状态下，获得进出样品的各种分子和离子的信息.该技术不仅能够测量离子及分子静止状态下的绝对浓度，而且还可以测量它们进出生物样品的运动速率及运动方向.SIET可以围绕被测的单个或多个细胞、组织甚至器官进行灵活、方便而准确的立体测量并获得被测物体周围的离子或分子的三维立体数据.目前，SIET不但可以分别测量H+,Ca2+,K+,Al3+,Cd2+,Cl-和O2，CO2，NO及温度等参数，而且可以同时采集多种离子及参数，为获得生物样品内外分子或离子运动的有关信息提供了良好的实验平台.
关键词 非损伤性电生理技术 离子选择性电极 离子跨膜转运 SIET
对于跨膜的离子分子活性和转运机制的研究始终是植物分子生理学研究的一个重要方面.特别是在基因组研究后期所面临的一个挑战就是如何理解和确认那些未知的或者人工表达的蛋白质功能，特别是细胞质膜上的离子的转运载体，以及由这些蛋白质所产生的众多信息是如何被细胞正确地整合到一起的.非损伤性扫描离子选择电极技术(Scanning IonSelective Electrode Technique, SIET)作为一个综合性较强的电生理技术成为迎接这一挑战的理想工具.
SIET 技术的核心是离子和分子选择性微电极(以下简称：离子电极)(图1)，由Kühtreiber和 Jaffe[1]设计的一套由计算机控制的自动定位测量系统演变发展而成.在计算机控制、信号放大和三维测量方面做了较大的改进[2].由于SIET能够以非损伤的方式测量到进出生物材料的离子以及分子的运动速率，并随着离子/分子电极种类的不断增多以及电子线路技术和计算机硬件软件的逐步完善，SIET逐渐被应用到基础生物学、生理学、神经生物学、空间生物学、临床医学、基础医学、病理学、毒理学、营养分子生理学、农林学及药物机理研究等领域[3，4].
尽管人们通过膜电压的测量，如膜片钳技术[5，6]，及与显微技术相结合的荧光染料技术，获得了一些有关离子分布和运动的情况，但是，SIET技术作为对上述几项技术的重要补充，并以其特有的时间和空间分辨率，为鉴定或验证某些生物膜转运系统的功能提供了非常有力的工具.在这篇综述里，我们将介绍SIET的基本原理、方法及其在高等植物细胞研究中的应用.
(a)Ca2+微电极的显微照片，由液体离子交换剂(LIX)和电解质组成；(b)图中A表示通过染料标记或膜片钳等局部研究方法的时空分辨率；B表示整体组织研究过程中通过较慢的化学痕量方法的时空分辨率；而SIET作为一个开放式的实验平台，较好地填补了较慢的化学痕量方法与较快的染料标记或膜片钳等方法两者之间的技术空白.
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