摘要

柑橘黃龍病（HLB）是由韌皮部限制性細(xì)菌引起的，是美國(guó)最具破壞性的柑橘疾病。目前沒有已知的治療方法。鋅（Zn）已被證明可以緩解癥狀并改善患病樹木的健康狀況。然而，鋅的施用策略（例如，葉面噴施與土壤施用）在很大程度上取決于鋅在柑橘植株中的吸收和運(yùn)輸動(dòng)力學(xué)，這一點(diǎn)目前尚不清楚。本研究的目的是開發(fā)并表征一種固態(tài)接觸式微型鋅離子選擇電極（SC-μ-ISE），用于確定鋅在酸橙幼苗（一種柑橘砧木）中的運(yùn)輸。該電極顯示出能斯特斜率（29.8 ± 0.4 mV/decade），檢測(cè)限為6.3 x 10?? M，在較寬的pH范圍（pH 3-9）內(nèi)響應(yīng)穩(wěn)定，并對(duì)主要的競(jìng)爭(zhēng)性陽離子（K?, Na?, Ca2?, Mg2?, NH??, Cu2?）具有高選擇性。將開發(fā)的電極與非侵入性微電極離子流估計(jì)（MIFE）技術(shù)相結(jié)合，測(cè)定了鋅在酸橙幼苗葉片和根部的吸收通量。結(jié)果顯示，鋅的吸收通量隨外部鋅濃度的增加而增加，葉片的吸收通量（-0.05 至 -4.7 nmol cm?2 s?1）顯著高于根部（-0.4 至 -2.2 nmol cm?2 s?1）。總體而言，開發(fā)的鋅微電極被證明是研究柑橘植株中鋅運(yùn)輸動(dòng)力學(xué)的一個(gè)強(qiáng)大工具，可用于優(yōu)化HLB管理中的鋅施用策略。

引言

由韌皮部限制性細(xì)菌引起的柑橘黃龍病（HLB）是美國(guó)最具破壞性的柑橘疾病。HLB通過亞洲柑橘木虱傳播，可感染所有柑橘品種，并導(dǎo)致果實(shí)產(chǎn)量和質(zhì)量下降，最終導(dǎo)致樹木死亡。目前，沒有已知的HLB治愈方法，控制措施主要依賴于使用殺蟲劑控制媒介昆蟲、移除受感染樹木以及培育抗性品種。然而，這些方法在控制疾病傳播方面效果有限。為了改善受感染樹木的健康狀況，正在研究通過葉面和土壤施用營(yíng)養(yǎng)元素（例如，鋅、銅、錳）來緩解癥狀。其中，鋅（Zn）因其在植物免疫系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用而被認(rèn)為是一種有前景的緩解劑。缺鋅會(huì)削弱植物的防御機(jī)制，增加對(duì)病原體的易感性。因此，補(bǔ)充鋅可以通過增強(qiáng)植物的免疫系統(tǒng)來潛在地減輕HLB癥狀。

盡管鋅在緩解HLB方面具有潛力，但關(guān)于鋅在柑橘植株中的吸收和運(yùn)輸動(dòng)力學(xué)知之甚少。鋅的施用策略（例如，葉面噴施與土壤施用）在很大程度上取決于鋅的吸收途徑和運(yùn)輸效率。葉面施肥可以直接將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送到葉片，繞過土壤相互作用和根部吸收限制。然而，鋅在葉片中的吸收和向韌皮部的易位可能受到葉片表面特性、角質(zhì)層滲透性和質(zhì)外體運(yùn)輸?shù)纫蛩氐挠绊憽Ｏ喾矗寥朗┓室蕾囉诟课蘸屯ㄟ^木質(zhì)部向地上部分的運(yùn)輸，這可能受到土壤pH值、陽離子交換容量和微生物活動(dòng)的影響。因此，了解鋅在柑橘植株中的吸收和運(yùn)輸動(dòng)力學(xué)對(duì)于優(yōu)化HLB管理中的鋅施用策略至關(guān)重要。

傳統(tǒng)上，植物中離子通量的測(cè)量依賴于破壞性技術(shù)，如原子吸收光譜法或電感耦合等離子體質(zhì)譜法，這些技術(shù)需要組織取樣和消化，無法提供空間和時(shí)間分辨率信息。非侵入性微電極離子流估計(jì)（MIFE）技術(shù)通過使用離子選擇性微電極（ISME）以高空間（微米級(jí)）和時(shí)間（秒級(jí)）分辨率測(cè)量離子通量，克服了這些限制。然而，傳統(tǒng)的液體離子交換膜ISMEs存在使用壽命短、響應(yīng)時(shí)間慢和對(duì)機(jī)械干擾敏感等缺點(diǎn)。固態(tài)接觸式離子選擇性電極（SC-ISEs）通過用固態(tài)接觸層替代內(nèi)部填充溶液，為這些挑戰(zhàn)提供了有前景的解決方案。SC-ISEs具有更長(zhǎng)的使用壽命、更快的響應(yīng)時(shí)間和更高的機(jī)械穩(wěn)定性，適用于長(zhǎng)期原位監(jiān)測(cè)。

本研究的目的是開發(fā)并表征一種用于測(cè)量鋅離子（Zn2?）的固態(tài)接觸式微型離子選擇電極（SC-μ-ISE），并將其應(yīng)用于測(cè)定鋅在酸橙幼苗（一種柑橘砧木）葉片和根部的吸收通量。具體目標(biāo)包括：

1.  開發(fā)并表征一種對(duì)Zn2?具有高選擇性和靈敏度的SC-μ-ISE。

2.  評(píng)估所開發(fā)電極在寬pH范圍和存在競(jìng)爭(zhēng)性陽離子情況下的性能。

3.  將SC-μ-ISE與MIFE技術(shù)相結(jié)合，測(cè)量鋅在酸橙幼苗葉片和根部的吸收通量。

4.  比較不同外部鋅濃度下葉片和根部的鋅吸收通量。

材料與方法

鋅離子選擇性膜配方

鋅離子選擇性膜由以下成分組成（重量百分比）：1.0% 鋅離子載體II（ETH 7219），0.5% 鉀離子四[3,5-雙（三氟甲基）苯基]硼酸鹽（KTFPB），65.5% 硝基苯基辛基醚（o-NPOE）和33.0% 聚氯乙烯（PVC）。將各組分溶解在四氫呋喃（THF）中，制備總濃度為100 mg/mL的膜溶液。將溶液超聲處理10分鐘以確保均勻混合，并在4°C下儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?

Zn2? SC-μ-ISE的制備

Zn2? SC-μ-ISE按照先前描述的方法制備，略有修改。簡(jiǎn)言之，將硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管（外徑1.5毫米，內(nèi)徑0.86毫米）用拉針儀拉制，尖端直徑約為3-5微米。使用微型注射器將少量導(dǎo)電聚合物（聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）-聚苯乙烯磺酸鹽，PEDOT:PSS）溶液注入毛細(xì)管尖端，形成固態(tài)接觸層。隨后，在120°C下將毛細(xì)管加熱30分鐘，以蒸發(fā)溶劑并使PEDOT:PSS固化。然后將鋅離子選擇性膜溶液注入毛細(xì)管尖端，并在室溫下蒸發(fā)THF過夜，形成一層薄膜。制備的SC-μ-ISE在10?3 M ZnCl?溶液中活化至少24小時(shí)后再使用。參比電極由Ag/AgCl絲（直徑0.5毫米）插入填充3 M KCl的鹽橋中制成。

圖1：SC-μ-ISE 1（左）和SC-μ-ISE 2（右）的示意圖和照片。