【摘要】：植物激素及活性氧在植物體整個生命周期中發揮著非常重要的生理功能，調控植株從種子發芽、生長、開花結果直至衰老死亡的全過程。植物激素在植物體內含量極微，且其含量與組成在時間和空間上都具有高度的動態性，因此在植物在體、組織微區以及單個植物細胞水平上建立植物激素原位、實時探測方法，對于植物激素含量及其分布的準確測定具有重要意義，可為植物激素功能、代謝、信號轉導及調控研究提供有效手段。基于超微電極的電化學方法因其快速、靈敏、高時空分辨等特點，在單個哺乳動物細胞信號分子實時原位探測以及胞吐機制研究等領域取得了重要進展。然而超微電極電化學用于單個植物細胞植物激素的實時探測尚未取得突破，其中發展用于植物激素高靈敏檢測的新型電化學傳感器則是實現該突破的基礎。近年來，納米材料因具有比表面積大、表面自由能高、電子傳質速率快等特點，在提高電化學檢測靈敏度、選擇性、穩定性等方面優勢顯著，在高性能電化學傳感器構建方面發揮了重要作用。基于植物激素實時原位探測的迫切需求以及納米材料在電化學傳感器構建方面的獨特優勢，本文采用金屬納米顆粒、納米線、石墨烯及其復合納米材料，通過在超微電極表面構建高性能電化學傳感器，建立了單細胞水平植物激素實時監測方法，并在此基礎上對活性氧爆發以及生長素胞吐外流的機制進行了初步探索。

主要內容如下：

1.以碳纖維微盤電極(CFMDE)為基底電極，利用Nafion的模板效應，采用電化學沉積研制了納米鉑顆粒修飾的NPt/Nafion/CFMDE;同時采用基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的軟光刻技術，制備了一種高效固定植物懸浮細胞的瓊脂糖陣列微孔芯片。使用NPt/Nafion/CFMDE實時監測單個擬南芥原生質體活性氧爆發，并證明電化學監測活性氧的主要成份為過氧化氫。在此基礎上，采用淺層培養法培養原生質體，再生了植物細胞壁。實時電化學監測結果表明，與單個原生質體相比，植物細胞在受到苯并噻二唑刺激時，釋放的過氧化氫量顯著降低；然而當采用過氧化物酶抑制劑抑制植物細胞壁上過氧化物酶活性后，植物細胞釋放過氧化氫量顯著回升。結果表明，細胞壁在活性氧爆發過程具有很好的調控功能，這種過氧化物酶參與的調控可在一定程度上保護植物組織免受高濃度活性氧傷害。

2.以鈦合金絲(Ti6Al4V)為基底材料，制作了碳包碳化鈦納米線陣歹(C/TiC NWA)微電極，并以此為基底電極，采用化學還原法在電極表面均勻負載粒徑約為3-6nm的鉑顆粒，研制了豎直排列的TiC C/Pt核殼結構納米纖維陣列電極(TiC C/Pt-QANFAS)。并通過使用AZ5214光刻膠絕緣并暴露尖端盤面，有效的減小了微電極的活性面積，顯著降低了信噪比，該電極對植物激素生長素具有較高的檢測靈敏度，檢出限可達1nmol/L。采用該電極，首次實現了單個油菜單個原生質體生長素釋放的實時動態監測，并在此基礎上對其釋放動力學進行了研究。結果表明生長素通過胞吐方式釋放到胞外環境中，且胞吐釋放存在全衰竭融合(Full collapse fusion，FCF)模式以及“kiss and run”(KR)模式。這種兼具高靈敏度和快速響應的傳感器可望用于生長素極性運輸機制研究。

3.以碳纖維盤電極為基底電極，通過恒電位法在電極表面沉積了均勻分散的金納米顆粒，構建了NAu/CFMDE，結果表明該電極在2×10-7-7.5×104mol/L范圍內對水楊酸測定具有良好的線性關系，檢測限為1.5×10。mol/L，且選擇性較好，抗壞血酸(AA)不干擾測定。該技術有望用于水楊酸誘導植物建立系統獲得性抗性(SAR)的機理研究中。

4.以碳纖維柱電極為基底電極，通過循環掃描伏安法在電極表面沉積石墨烯和納米鉑顆粒的復合納米材料，構建了納米鉑顆粒/石墨烯/碳纖維盤電極(NPt/rGO/CFMCE)。與基底電極相比，NPt/rGO/CFMCE對植物激素脫落酸的的響應靈敏度提高了約7倍，檢測限為1.5×10-9]mnol/L，。在此基礎上實現了玉蘭葉片中脫落酸含量測定。