[发明专利]一种测量植物根毛细胞膜电位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及植物生物技术领域，尤其涉及一种植物根毛细胞膜电位的测量方法。

背景技术

细胞安静状态下存在于细胞膜两侧的电位差，称为静息电位，或称为膜电位。一些关键离子在细胞内外的不均等分布及选择性的透膜移动，是形成膜电位的基础。细胞对离子的吸附和跨膜运输与细胞膜电位紧密相关，细胞膜电位一定程度上决定了细胞与外界物质交换速率，反应了细胞对于某些营养物质的需求。因而测定植物细胞膜电位对于研究植物在特定条件下的生存状态和营养需求有重要意义。

传统根毛细胞膜电位的测定采用玻璃微电极胞内记录法，用微电极拉制仪拉制微电极，内灌注KCl溶液。将植物根固定在倒置显微镜上，用显微操作系统将微电极刺入根毛细胞内，用膜片钳放大器记录细胞膜的电位变化。该技术对于植物细胞的大小、种类有一定的限制，主要用于单个细胞的膜电位测量，无法测量整个根毛细胞的平均膜电位。再者，在该膜片钳技术中，要求玻璃微电极刺入到合适的细胞位置，操作要求极高，且对于细胞有一定的损伤。此外，在该膜片钳技术中，与微玻管电极尖开口处接触的小片膜周边与微电极开口处的玻璃边沿之间形成紧密的封接，在理想的情况下与其周围的细胞膜在电学上完全分隔才能准确测量膜电位。一般测定很难达到理想状态，因此，通常也会造成了较大的测定误差。加之，上述所叙的膜片钳技术所要求的设备，价格极为昂贵，测定会增加极高的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量植物根毛细胞细胞膜电位的方法，以实现对整个根毛细胞膜电位的无损测定，测定的精度高，成本低。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种测量植物根毛细胞膜电位的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，获取不同强度电场作用下的离子吸收动力学参数。选取长势相似的植物幼苗置于不同电场强度的高压静电场环境下进行离子吸收实验，采用耗竭法获取不同电场强度下的离子吸收动力学参数最大离子吸收速率I_max和亲和系数Km，在耗竭法中，离子消耗曲线符合改进的Michaelis–Menten方程，如下式所示

C-C0=t·Imax+KmlnC0C]]>

C为吸收溶液浓度，C₀为吸收溶液起始浓度，t为吸收时间；

步骤二，构建不同电场强度下的离子吸收动力学参数变化曲线，确定不同电场强度下离子吸收动力学参数曲线拐点以及对应电场强度。从不同电场强度下的离子吸收动力学参数变化曲线中，找出离子吸收动力学参数变化的两个拐点，确定两拐点对应的电场强度，即综合考虑I_max和Km后，第一个拐点对应电场强度值为E₁，第二个拐点对应电场强度值为E₂；

步骤三，测定根毛细胞半径，计算根毛细胞膜电位V₀，计算公式如下：

V₀＝fga(E₁-E₂)/2

a为测得的细胞半径；fg为常数由细胞种类与形状决定，通常植物细胞的fg取0.3；E₁为第一个拐点对应电场强度值，E₂为第一个拐点对应电场强度值。

本发明方法的工作原理如下：细胞膜内的细胞液是导电的电解质，而细胞膜阻抗极大，因此细胞处于静息状态时的电学模型，可视为膜内负外正、电荷均匀分布的球壳，此时膜外空间各点的电势为零。当外加一个大小为E的高压静电场时，细胞上半球发生去极化现象，下半球发生超极化现象。高压静电场下，植物细胞上某一点A处的电位V_m为：

V_m＝V₀-fgaEcosθ