2結果與分析

2．1空白測定液中沙冬青和綠豆幼根根冠細胞靜息膜電位

靜息膜電位是細胞中各離子處于電化學平衡時的電位。在實際情況下，膜外通過浴液中的參考電極接地(零電位)，故靜息電位為負值]。Wang等報道水稻的靜息膜電位為一120～一140mV，Miller等IB測得大麥的跨膜電位為?120 160mV。本實驗以Ag／AgC1為參考電極，以100mmol／LKC1為測試微電極的灌充液，測得沙冬青和綠豆幼根在空白測定液中的相對靜息膜電位(見表2)。

2．2一價陽離子氯鹽的種類和濃度對沙冬青和綠豆幼根根冠細胞膜電位的影響

鹽脅迫可以引起植物根冠細胞膜電位去極化。本實驗比較了不同鹽處理下，沙冬青和綠豆根冠細胞膜電位的變化特點。結果表明，膜電位發(fā)生去極化的過程主要包括兩個階段：鹽分加入到植物根際周圍時，一價陽離子經(jīng)過根自由空間到達細胞表面，引起膜電位的去極化，這種去極化是一個純電化學的過程，即極化的去極化；離子透過細胞膜進人胞內(nèi)，進一步引起膜電位的去極化，這一階段膜電位變化的差異與植物的種類、離子的濃度和植物對不同離子的吸收和跨膜轉運機制有關。本文以100mmol／LNaC1處理為例(如圖1所示)。

圖1 100mmo1／LNaC1對沙冬青和綠豆根冠細胞膜電位的影響從圖1可以看出，兩種植物對NaC1作用的原初響應非常快，在3s左右就完成了去極化過程。其中，綠豆膜電位去極化過程表現(xiàn)出明顯的兩個上升階段。兩個階段膜電位變化的斜率分別為171和51(表3)。對于沙冬青來說，膜電位上升的第1階段斜率為136，小于綠豆；第2階段上升變化不明顯。

這一現(xiàn)象說明沙冬青對于鹽離子進入根自由空間以及進一步跨膜進入胞內(nèi)的抵抗能力都要強于綠豆。我們用同樣的方法計算出50、100和200 mmol／LNaC1、KC1和LiC1處理下，兩種植物根冠細胞膜電位去極化過程中兩個階段的斜率，進一步分析不同種類和濃度的一價陽離子對沙冬青和綠豆根冠細胞膜電位的影響(表3)。表3中所列數(shù)據(jù)均為3次重復試驗的平均值。

對于同一濃度、不同陽離子而言，我們主要考察膜電位變化第1階段的斜率。以100mmol／L鹽處理為例(見圖2)。圖2顯示：K處理下根冠細胞膜電位變化的斜率大于Na處理下的，二者又都大于Li處理下的。IJi、Na、K同為堿金屬元素，它們在水溶液中水合離子有效半徑K(300pm)<Na(400pm)<Li(600pm)。離子的理化性狀(離子半徑和價數(shù))直接影響離子在根自由空間的遷移速率。也就是說，K在根自由空間的遷移速率最大，Na次之，Li最小。由此可見，水合離子有效半徑越小，離子遷移速率越快，相同時間到達細胞膜表面的離子越多，因此引起的膜電位去極化程度相對越高。

圖2 100 mmol／L陽離子對沙冬青和綠顯膜電位變化第1階段斜率的影響

對于同一陽離子、不同濃度而言，在膜電位變化的第2個階段，即離子跨膜轉運過程中所引起的膜電位變化階段，沙冬青和綠豆去極化的斜率隨著鹽處理濃度的增加也表現(xiàn)出較大的差異。以不同濃度下NaC1處理為例(見圖3)。

低濃度下，沙冬青和綠豆膜電位去極化的斜率相對較小。隨著Na濃度的升高，二者的斜率都逐漸增大。綠豆的斜率一直大于沙冬青。這一現(xiàn)象一方面說明，植物對于低濃度鹽脅迫具有一定的內(nèi)在調節(jié)和抵抗能力。另一方面，對于抗鹽性強的沙冬青來說，它對鹽離子跨膜進入胞內(nèi)的阻攔要強于綠豆。因此，我們認為膜電位的變化能夠在一定程度上表征不同植物抗鹽性的差異，在相同鹽脅迫條件下，抗鹽性強的植物，其細胞膜電位變化幅度相對較小，具有更強的自我調節(jié)細胞內(nèi)外離子平衡的能力；而抗鹽性弱的植物，細胞膜電位變化幅度相對較大。

圖3不同濃度NaC1對沙冬青和綠豆膜電位變化第2階段斜率的影響

2．3沙冬青和綠豆幼根根冠細胞膜電位與質膜H一ATPase活性的關系

質膜是細胞中對環(huán)境脅迫極為敏感的部位，人們對H*-ATPa。的電鏡細胞化學定位及離體質膜H+一ATP的活性做了較多研究n。但是直接測定活體植物器官細胞膜電位與質膜H~-ATPase活性的關系尚無報道。本研究考察了質膜H ATPase活性抑制劑Vanadt。對活體植物細胞膜電位的影響(圖4)圖4A為對照，即未經(jīng)Vanadate處理，直接加入100mm0IlLNaC1后膜電位變化時程圖；圖4B是加入Vanadate10min后，再加入100mmol／LNaC1的膜電位變化時程圖。

圖4含v nadat的培養(yǎng)液與對照液中100mmol／LNaC1對沙冬青和綠豆細胞膜電位的影響

式趨勢雖然不明顯，但是從兩種處理下膜電位去極化斜率的變化可以發(fā)現(xiàn)，沙冬青和綠豆膜電位變化第2階段的斜率變化要明顯大于直接進行NaC1處理下(見表4)。也就是說，Vanadate將質膜H一ATP。活性抑制以后再進行鹽處理，離子在跨膜轉運過程中胞內(nèi)離子外排受到一定程度限制，導致膜電位去極化增強。分析原因，主要是質膜H一ATPase的活性被抑制，不能水解ATP驅動質子運出胞質，也不能為次級轉運體提供足夠的能量將過多的Na+泵到胞外基質或液泡中，因此細胞內(nèi)的凈陽離子數(shù)增多所致。

以往研究表明，釩酸鹽(Vanadate)對活體質膜H+一ATP。活性的原初抑制作用是非常明顯的?。通過非損傷微測技術測定根冠表面離子流，我們發(fā)現(xiàn)，在測定液中加入1mmol／L Vanadate約5min后，沙冬青和綠豆幼根表面的H外流量幾乎趨近于零。但是大約30min以后，H外流量又有所回升，這一現(xiàn)象可能是因為植物本身存在一種很強的自我調節(jié)功能，以恢復H一ATPase的活性，從而維持植物的正常生長。本試驗在加入Vanadate約10rain后測定膜電位，在原初抑制作用時間范圍內(nèi)。