Zn2? SC-μ-ISE的表征

通過(guò)測(cè)量電極在系列ZnCl?溶液（10?? 至 10?2 M）中的電位響應(yīng)來(lái)評(píng)估SC-μ-ISE的性能。所有測(cè)量均在恒定離子強(qiáng)度（0.1 M NaCl）和pH（5.5， 用2-嗎啉乙磺酸緩沖液調(diào)節(jié)）下進(jìn)行。使用高阻抗毫伏計(jì)記錄電位，采樣頻率為1 Hz。校準(zhǔn)曲線通過(guò)電位（E）對(duì)Zn2?活度（a_Zn2+）的對(duì)數(shù)作圖繪制。Zn2?活度使用戴維斯方程計(jì)算。從校準(zhǔn)曲線的線性部分確定能斯特斜率（mV/decade）和檢測(cè)限（LOD）。LOD定義為線性區(qū)域外推線與基線上方3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差線的交點(diǎn)。

通過(guò)分別溶液法評(píng)估SC-μ-ISE對(duì)競(jìng)爭(zhēng)性陽(yáng)離子（K?， Na?， Ca2?， Mg2?， NH??， Cu2?）的選擇性。選擇性系數(shù)（K_Zn2+,j^pot）根據(jù)尼科爾斯基-艾森曼方程計(jì)算：

E = E0 + (RT/zF) ln(a_Zn2+ + Σ K_Zn2+,j^pot * (a_j)^(z_Zn2+/z_j))

其中E0是標(biāo)準(zhǔn)電位，R是氣體常數(shù)，T是溫度，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，z是離子電荷，a是離子活度，j是干擾離子。

通過(guò)測(cè)量電極在pH 3至9（用HCl或NaOH調(diào)節(jié)）的10?3 M ZnCl?溶液中的電位響應(yīng)來(lái)評(píng)估pH效應(yīng)。所有測(cè)量均在恒定離子強(qiáng)度（0.1 M NaCl）下進(jìn)行。

通過(guò)測(cè)量電極在pH 3至9（用HCl或NaOH調(diào)節(jié)）的10?3 M ZnCl?溶液中的電位響應(yīng)來(lái)評(píng)估pH效應(yīng)。所有測(cè)量均在恒定離子強(qiáng)度（0.1 M NaCl）下進(jìn)行。

離子通量的測(cè)定

SC-μ-ISE 2的電位使用微電極萬(wàn)用表（Unisense A/S，丹麥）在室溫下于持續(xù)攪拌狀態(tài)下進(jìn)行監(jiān)測(cè)。所有葉面吸收測(cè)量均使用Ag/AgCl參比電極。凈離子通量實(shí)驗(yàn)在葉片/根暴露于Zn2+溶液30分鐘后進(jìn)行。如圖2所示，將一個(gè)定制流動(dòng)池（5 mL）附著于約100 cm高的酸橙幼苗的葉片上。使用0.5 ml/min的流速通入濃度范圍為0至15.3 mM的Zn2+溶液，以使系統(tǒng)保持平衡。使用三維微操作器（UNISENSE A/S，丹麥）定位所開(kāi)發(fā)的Zn2+ SC-μ-ISE 2，并利用帶CCD相機(jī)的立體顯微鏡（World Precision Instruments, Sarasota, FL）進(jìn)行觀察。Ag/AgCl參比電極通過(guò)一個(gè)“助手”夾具固定在流動(dòng)池中。使用數(shù)據(jù)采集軟件（Sensor Trace Pro, Unisense A/S, Denmark）控制和記錄微剖面。實(shí)驗(yàn)在法拉第籠中進(jìn)行，以最小化電干擾。將微電極尖端沿垂直于葉片表面的方向移動(dòng)，并在葉片表面上方的1,000 μm至50 μm范圍內(nèi)（以避免損壞電極尖端），以50 μm為間隔進(jìn)行微剖面測(cè)量。單個(gè)剖面在3分鐘內(nèi)完成（響應(yīng)時(shí)間<10秒）。

圖2：用于測(cè)定鋅葉面/根部吸收通量的微剖面測(cè)量裝置示意圖。

使用非侵入性微電極離子流估計(jì)（MIFE）技術(shù)測(cè)定鋅在酸橙幼苗葉片和根部的吸收通量。酸橙種子在蛭石中發(fā)芽，幼苗在溫室中生長(zhǎng)6-8周，然后用于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前，將幼苗從蛭石中小心取出，用去離子水輕輕沖洗根部，以去除殘留顆粒。

對(duì)于葉片通量測(cè)量，將一片完全展開(kāi)的葉片安裝在定制流動(dòng)池中，上表面朝上。流動(dòng)池以2 mL/min的速率灌注含有不同濃度ZnCl?（0, 0.2, 1.3, 6.0, 15.2 mM）的測(cè)試溶液。所有測(cè)試溶液均用0.1 mM CaCl?補(bǔ)充以維持膜完整性，并用2-嗎啉乙磺酸緩沖至pH 5.5。對(duì)于根部通量測(cè)量，將幼苗根部浸泡在含有不同濃度ZnCl?（6.3, 13.0 mM）的類似測(cè)試溶液中。

將Zn2? SC-μ-ISE和參比電極安裝在三維微操作器上，并定位在葉片上表面或根表面前方約50微米處。然后以30微米步長(zhǎng)將電極從初始位置向組織表面移動(dòng)100微米，在每個(gè)位置記錄電位5秒。每個(gè)濃度進(jìn)行三次重復(fù)測(cè)量。使用菲克第一定律從測(cè)量的濃度梯度計(jì)算Zn2?通量（J_Zn2+）：

J_Zn2+ = -D_Zn2+ * (dc/dx)

其中D_Zn2+是Zn2?在水中的擴(kuò)散系數(shù)（7.0 x 10?? cm2/s），dc/dx是垂直于組織表面的濃度梯度。濃度梯度從距離組織表面0-100微米范圍內(nèi)測(cè)量的濃度分布圖的線性回歸確定。