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采用SVP470振动探针测试植物
  • 发布时间 : 2019-09-05 10:07:11
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  采用SVP470振动探针测试植物
  1.简介
  SVP470是M470扫描电化学工作站的振动探针模块。采用SVP470可以测试溶液中样品表面的局部电流分布。
  1974年Nuccitelli和Jaffe首次引入振动探针,以研究与生物过程(如胚胎发育)相关的细胞外电流[1]。从那时起,振动探针被应用于研究植物光合作用[2, 3]、伤口愈合[4]、肿瘤细胞[5]和肢再生[6]。振动探针在腐蚀和涂层等相关领域也得到了广泛的应用。20世纪80年代,Hugh Isaacs首次将振动探针引入扫描振动电极技术(SVET)[7]。

  本文中通过测量吊兰叶片证实SVP470(如图1所示)在生物样品测量方面的应用。了解局部电流分布对于研究植物是非常重要的,因为其与光合作用[2, 3]、伤口[8]和压力[9]有关。

  图1 SVP470图
  1.振动探针原理
  在溶液中的自然活性或偏压样品上方会产生电流。由于iR降,这会引起活性区上方的电位梯度。电位梯度的强度与样品活性和溶液电导率有关。振动探针测量可以测量样品上方的电位梯度,如图2所示。从局部电位梯度可以确定存在的局部电流密度。


  图2 振动探针中,探针样品根据其在Z中的位置而具有不同的电位
  在振动探针中,探针使用压电振动器垂直于样品平面振动。在给定的x,y位置,当活性和溶液电导率恒定时,测得的电位仅取决于探针在z方向振动的位置。因此,用静电计可以测量带有直流偏移的交流电位。作为锁定放大器的输出,获得与交流信号振幅成比例的直流电压。振动探针测量中涉及的电子元件如图3所示。



  通常,为了获得感兴趣的最终电流密度信号,局部电位测量被校准到已知恒流源。
  1.方法
  采用SVP470振动探针在自来水中测量了吊兰叶片的下表面。
  将叶子从植物上取下,用蓝丁宝贴固定在玻璃盘中,底部朝上。玻璃盘替换了Tricell(电解池)的主体,以使样品水平,如图4所示。



  图4 将叶子固定在玻璃盘中
  在振动探针测量中,除了探针外,还需要第二个电极来组成电解池,并允许测量电位差。因为在这里所示的实验中没有施加电位,所以使用碳棒作为第二个电极。如图5所示,通过随SVP470提供的JC12CRC电缆的信号和接地连接,将碳棒连接到静电计的“-Vin”连接。



  图5 振动探针测量中电极和样品的安装
  叶片的振动探针测量采用Sweep Scan模式,扫描面积500μm x 500μm,扫描速度为1000μm/s,步长为5μm。为了确定参比相位,使用了自动调谐功能(auto-tune)。当使用此功能时,锁定放大器确定在测量的交流信号和参比交流信号之间产生0°相位差的参考相位。通过实现0°相位差,信号输出最大化。自动调谐功能的详细描述可在M470软件的HELP文件的“CHM和CTM信号解调”页中找到。信号调节设置如表1所示。



  表1 叶片测量的SVP470信号调节设置
  完成叶片振动探针测量后,校准探针,允许将原始电位测量转换为感兴趣的电流测量。
  后处理,包括背景倾斜校正,使用Gwyddion软件[10]进行。
  1.结果
  振动探针测量吊兰植物叶片底部的结果如图6所示。



  图6 吊兰植物叶片底部的振动探针测量,图中圈出位置为: (a)上皮细胞; (b)气孔; (c)未分化细胞
  电流密度较高位置可见清晰的类金刚石结构。这些特征与Chorlton[11] 文献中显示的上皮细胞的形状很匹配。在一些上皮细胞的基部,较低电流密度的小椭圆形区域明显。这些与气孔有关。图上还发现了一个可能的未分化细胞的例子。细胞外电流的存在是由于植物叶片上的信号,这是由离子调节。这种信号驱动植物保护细胞的打开和关闭,允许氧气和二氧化碳通过气孔扩散。
  取一对上皮细胞的横截面,将其长度与文献中的长度关联起来,如图7所示。两个表层细胞的长度分别为250和206μm,与Chorlton[11]所示的长度吻合。


  图7 用横截面确定上皮细胞长度
  1.结论
  本文介绍了振动探针(SVET)在植物叶片细胞外电流成像中的应用。利用振动探针可以利用局部电流密度来区分叶片的不同特性。与气孔相比,上皮细胞的电流密度更高。


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