2．4質(zhì)膜K通道抑制劑對(duì)沙冬青和綠豆幼根根冠細(xì)胞膜電位的影響

TEA是一種常用的K通道抑制劑，當(dāng)浴液中含6 mmol／L TEA就能很快阻斷全細(xì)胞內(nèi)向K電流。本研究考察了TEA對(duì)活體植物細(xì)胞膜電位的影響(如圖5)。圖5A為對(duì)照，即未經(jīng)TEA處理，直接加入100mmol／LNaC1后膜電位變化時(shí)程圖；圖5B是加入TEA 10 min后，再加入100 mmol／L NaC1的膜電位變化時(shí)程圖。

如圖5所示，利用TEA抑制K通道以后再進(jìn)行NaC1處理時(shí)，綠豆膜電位去極化雖表現(xiàn)出兩個(gè)階段，但變化不如對(duì)照中劇烈。通過計(jì)算兩種處理下膜電位去極化的斜率，我們發(fā)現(xiàn)，沙冬青和綠豆膜電位去極化第2階段的斜率都要小于直接進(jìn)行NaC1處理下的(表5)，這應(yīng)該是細(xì)胞內(nèi)的凈陽離子數(shù)減少所致。而造成這一現(xiàn)象的原因我們認(rèn)為是內(nèi)向K通道被抑制以后，在一定程度上限制了Na跨膜進(jìn)入胞內(nèi)。通過比較TEA對(duì)沙冬青和綠豆幼根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的影響，我們發(fā)現(xiàn)TEA與NaC1共同存在時(shí)，幼根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)受到的抑制程度要小于單獨(dú)進(jìn)行NaC1處理的結(jié)果。這也進(jìn)一步證明了TEA的存在能夠在一定程度上減輕NaC1對(duì)植物造成的傷害，因此我們推測(cè)內(nèi)向K通道可能參與了Na的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程。

圖5含TEA的培養(yǎng)液與對(duì)照液中100mmol／LNaC1對(duì)沙冬青和綠豆細(xì)胞膜電位的影響

表5 TEA對(duì)沙冬青和綠豆根冠細(xì)胞膜電位變化的斜率的影響

3討論

在揭示植物生理生化機(jī)理的過程中，光合作用的研究給了我們啟示。20世紀(jì)60年代，人們?cè)谘芯抗饬孔拥脑跏荏w及原初供體時(shí)提出了光化學(xué)反應(yīng)即光合原初反應(yīng)，此概念的提出大大促進(jìn)了隨后對(duì)光合作用機(jī)理的研究進(jìn)程n。因此，我們探討植膜電位的改變可以啟動(dòng)電壓敏感的離子通道，并引發(fā)一系列下游事件(如質(zhì)膜H-ATPase活性的變化)。

前人研究表明，陰離子對(duì)膜電位的影響很小n。本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的不同鹽處理所引入的陰離子均為Cl一，因此，處理后膜電位的變化可以認(rèn)為是由于外界加入的一價(jià)陽離子Na、K和Li的種類和濃度差異所引起的。研究結(jié)果表明，NaC1、KC1和LiC1都能夠引起植物細(xì)胞膜電位升高(去極化)，且膜電位的響應(yīng)很快，幾秒鐘內(nèi)就完成去極化的過程，這一過程主要包括兩個(gè)階段。綜合分析膜電位的變化特點(diǎn)，得出如下結(jié)論：

1)膜電位的變化能夠更直觀地反映植物吸收鹽離子的特征與差異。對(duì)于抗性差異比較大的沙冬青和綠豆來說，無論外界陽離子的種類和濃度如何變化，在相同鹽脅迫條件下，沙冬青根冠細(xì)胞膜電位變化幅度都要小于綠豆。究其原因，我們認(rèn)為在鹽脅迫下沙冬青具有更強(qiáng)的自我調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外離子平衡的能力。通過調(diào)節(jié)胞內(nèi)外離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)來平衡鹽分引起的細(xì)胞膜電位的去極化。

2)離子的理化性狀(離子半徑和價(jià)數(shù))影響植物細(xì)胞膜電位的變化。Li、Na、K同為堿金屬元素，因其在水溶液中的水合離子有效半徑大小不一，在根自由空間的遷移速率就不同(K在根自由空間的遷移速率最大，Na次之，lJi最小)，從而導(dǎo)致相同時(shí)問到達(dá)細(xì)胞膜表面的離子數(shù)不同，所以離子引起的膜電位變化也存在差異。

質(zhì)膜H-ATPase是植物和真菌體內(nèi)的一個(gè)關(guān)鍵酶。植物體內(nèi)許多膜結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白都直接或間接地由質(zhì)膜H-ATPase提供能量。植物在細(xì)胞水平抵抗Na毒害的主要方式是把細(xì)胞質(zhì)中Na排除出去，一方面通過限制被動(dòng)方式的Na內(nèi)流，另一方面通過離子泵的作用把胞質(zhì)內(nèi)Na釋放到胞外基質(zhì)或液泡內(nèi)，并認(rèn)為上述過程是由質(zhì)膜H-ATPase和Na／H反向運(yùn)輸?shù)鞍坠餐瓿?。從本?shí)驗(yàn)來看，當(dāng)質(zhì)膜H-ATPase活性被抑制后，進(jìn)行NaC1處理，由于此時(shí)質(zhì)膜H-ATPase不能水解ATP驅(qū)動(dòng)質(zhì)子運(yùn)出胞質(zhì)，不能為Na／H反向運(yùn)輸?shù)鞍滋峁┳銐虻哪芰繉⒍嘤嗟腘a泵到胞外基質(zhì)或液泡中，使得細(xì)胞質(zhì)中積累的H、Na過多，導(dǎo)致膜電位去極化增強(qiáng)。因此本研究結(jié)果表明，質(zhì)膜H一ATPase參與了沙冬青和綠豆根冠細(xì)胞膜電位在鹽脅迫時(shí)的原初響應(yīng)，質(zhì)膜H-ATPase在減輕鹽脅迫對(duì)植物細(xì)胞的傷害方面具有一定作用。

另外，TEA抑制內(nèi)向K通道以后，再進(jìn)行NaC1處理，單位時(shí)間進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的凈陽離子數(shù)減少，導(dǎo)致膜電位去極化程度降低。通過前期比較TEA對(duì)沙冬青和綠豆幼根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的影響，我們發(fā)現(xiàn)TEA能夠在一定程度上減輕NaC1對(duì)植物造成的傷害，因此我們推測(cè)K通道可能參與了Na的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，是Na進(jìn)入細(xì)胞的途徑之一。

膜電位的變化更直觀地反映了植物吸收鹽離子的特征與差異，利用微電極測(cè)定膜電位為研究植物對(duì)鹽脅迫的快速響應(yīng)提供了新方法，為在膜水平上研究植物的耐鹽性開創(chuàng)新方向。