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近年来,研究者们在植物重金属吸收方面开展了广泛而深入的研究工作,并已取得了相当的进展,但对于重金属离子的跨膜转运途径及机制仍需要进一步的探究。在生理条件下测量植物根的重金属离子流对于理解植物的重金属吸收转运机制具有重要的意义。基于离子选择性微电极的非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology,NMT)以其非损伤性、高时空分辨率等特点,为我们解决上述问题提供了新的途径。该技术已成功应用于植物的Cd2+流速检测,但在其他重金属离子流的检测方面尚缺乏研究和应用。铜既是植物必需的微量营养元素,又是污染环境的重金属元素,建立可靠的植物铜离子流检测技术对研究Cu2+的跨膜转运机制具有积极的应用价值。本论文筛选出了性能良好的Cu LIX,通过能斯特斜率、检测限、选择性系数等参数考察了 Cu2+选择性微电极的性能;利用人工离子源试验分析了 Cu2+选择性微电极检测Cu2+流速的可靠性与稳定性,从而建立了适用于植物Cu2+流检测的非损伤微测系统;考察了常用的植物营养生理试剂对Cu2+流速检测的影响;在此基础上,应用该技术比较了水稻、玉米和白羽扇豆根尖不同位置的Cu2+流速和Cu2+流速随介质Cu2+供给水平变化的动力学特征;考察了 K+、Ca2+、Na3VO4、EDTA对白羽扇豆和水稻根Cu2+吸收的影响以及硅对水稻根Cu2+吸收的影响,进而分析了植物的Cu2+吸收特征和机理。通过研究,得到了以下结果:1、离子载体N,N,N’,N’-四环已基-2,2’-硫代二乙酰胺含量为0.36~0.72%的Cu LIX对Cu2+表现出了良好的响应,能斯特斜率为29.15±0.63~29.22±0.76mV/decade,接近理论值28.5mV/decade;检测限低于1 μMCu2+;对干扰离子 Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+、K+、Na+、NH4+的选择性,logK 分别为-2.92~-3.03、-3.23~-3.57、-2.44~-2.58、-1.95～-2.23、-0.56~-1.38、-4.76~-7.28、-4.95~-6.78、-5.25~-7.18;在测试液 pH 4~7 的范围内,含量为0.36%的Cu LIX有着更稳定的表现。2、在距人工离子源不同距离处,Cu2+流速的测定值与预测值接近,且流速稳定后在lOmin内测定值变化幅度很小。可见,基于Cu2+选择性微电极的NMT技术可以准确地测定样品表面的Cu2+流信息并可在一定时间内保持稳定的测量值。3、在应用NMT检测Cu2+流速时,植物营养生理试验中常用的药剂对检测结果有不同程度的影响。50μM TEA、50μMNa3VO4、200μMLaCl3、200μM GdC13、200μMEDTA、200μM NEM对Cu2+流速的测定无明显影响,而200μM柠檬酸会显著增加微电极的电势测定值。4、植物根尖(距根顶端1000μm范围内)的Cu2+扫点试验表明,距离根顶端不同位置处的Cu2+流速变化特征因植物种类而不同。白羽扇豆和水稻的Cu2+流速最大值分别出现在距根顶端0～50μm和100~200μm处,而后流速随距离增加而逐渐降低;玉米在距根顶端1OOOμm范围内保持着较高的Cu2+内流流速。5、在5~200μM的Cu2+浓度范围内,植物根尖的Cu2+流速随Cu2+浓度的增加而升高,变化趋势基本符合Michaelis-Menten方程的描述。白羽扇豆的Vmax为199.39 土25.43pmol/cm2/s,高于扬稻6号的 155.49±12.74pmol/cm2/s与日本晴的 125.67±7.39pTmol/cm2/s;而 Km 值为 84.33±12.49μM,高于扬稻 6 号的 73.49±8.21μM 与日本晴的79.83±5.17μM。综合来看,白羽扇豆根的Cu2+吸收能力高于两个品种的水稻。6、在50μM Cu2+浓度下,10 mM K+、5 mM Ca2+均对白羽扇豆、水稻根的Cu2+吸收有显著抑制作用;50μMNa3VO4显著抑制白羽扇豆根的Cu2+吸收,但对水稻根的Cu2+吸收没有明显影响;200μMEDTA对白羽扇豆和水稻根的Cu2+吸收有显著抑制作用;加硅培育的水稻根尖Cu2+吸收速率显著低于无硅培育的水稻。可见,植物的Cu2+吸收受环境中多个因子的调节,且与植物种类相关。