【摘要】：H202是生物體系中存在的一種重要小分子，在許多生理過程中發揮重要作用。對于植物，不利的環境脅迫包括干旱、洪澇、紫外照射、極端溫度等會導致包含H202作用的植物防御機制的激活。因此檢測H202在植物的應激反應過程中的產生和消亡對更好地了解植物的應激機制，對于篩選和培育抗逆性作物具有重要意義。在細胞水平，正常細胞中H202含量的升高可以誘發癌變，H202在腫瘤細胞中大量積累，并在腫瘤細胞的生存、增殖和凋亡的調控過程中發揮作用。同時腫瘤細胞對H202含量的變化非常敏感，H202含量的過度增加或減小都可能誘導腫瘤細胞凋亡。

因而，探究抗癌藥物作用下腫瘤細胞產生H202的濃度隨時間連續變化狀況，對研究腫瘤細胞的凋亡機制，從而預防和治療腫瘤是極有意義的。化學發光法、熒光法和分光光度法等檢測生物體內的過氧化氫都需要示蹤物和不穩定的化學探針，這些方法很難做到氧爆發的動態在體檢測。另外，這些方法都需要將植物樣品分離或磨碎，并且過程比較復雜和耗時。而且，分離組織本身對植物就是一種脅迫，有可能引起植物的包括相關抗性基因表達和連續的生理學過程等的防御反應。此外，考慮到非生物脅迫下的H202水平變化的動態監測，連續在體檢測更加合適，但是這種測量方式很難通過光學探針實現。

因為具有極小的體積、良好的生物相容性和較高的靈敏度，微電極和超微電極已經被廣泛用于生物在體的電活性小分子檢測。本研究采用電化學方法，利用納米材料構建微電極和超微電極，進行植物在體和癌細胞外的H202的檢測，主要研究內容和結果如下：

(1)利用對H202具有較好氧化還原催化能力的血紅蛋白(Hb)修飾碳纖維超微電極，并在單壁碳納米管(SWCNTs)的幫助下不僅保持較高的催化能力而且提高了電子轉移速率，降低工作電壓到-O.1V。這樣，在不需要添加氧化還原媒介和額外抗干擾層的情況下，避免了其他電活性物質的干擾，構建了對H202具有較高靈敏度和選擇性的微型生物傳感器。并成功在體檢測了蘆薈在受到鹽脅迫后連續19.5小時內的氧爆發過程。

(2)對H202具有強催化能力的辣根過氧化物酶(HRP)在室溫離子液的幫助下修飾在覆蓋了一層SWCNTs的碳纖維超微電極表面。結果表明，該修飾電極不僅保持了HRP的氧化還原催化活性，并且對H202具有很高的親和力和靈敏度，檢出限為0.13μM。在沒有外加選擇性滲透膜的情況下對生物環境中的常見電活性小分子具有很好的抗干擾作用。該傳感器分別成功檢測到HeLa細胞在刺激劑抗壞血酸，抗癌藥物10-羥基喜樹堿的作用下的H202釋放過程。

(3)為了更加全面了解脅迫條件下植物體內小分子的濃度變化狀況，構建一種電化學傳感電極束，與傳統光學探針方法相比，可在不影響植物生長或不分離植物任何部位的情況下，實現植物體內H202、NO和pH的同時、實時檢測。利用旱脅迫下的油菜作為模式生物，該陣列檢測到了旱脅迫下，NO在旱脅迫開始后11小時和22小時處的兩個較大的峰，分別對應3.1μM和2.6μM的NO濃度；H202的含量從旱脅迫開始后20.8小時開始增加，一直到整個檢測結束，其含量在45小時內增加了2.5μM；pH被觀察到在前18小時相對穩定，之后持續增加。在整個檢測過程中，油菜莖中的pH增加最大值大約為1.08。由于陣列直徑小于lmm，可以在植物發育的不同階段實施實時監測，并且電極的制作簡單、造價低、響應速度快，該技術也有望用于幫助理解脅迫信號中的NO、H2O2和pH的相互機制。

(4)在鉑微柱電極上修飾SWCNTs和Hb，并利用該電極成功檢測到抗旱型油菜和野生型油菜在同樣的旱脅迫條件下的氧爆發的差異。在野生型油菜中，檢測到在旱脅迫7.8小時開始出現氧爆發，并在10.3小時和26.5小時分別產生兩個比較大的峰。和野生型相比，抗旱型油菜在旱脅迫開始后共40個小時中只觀察到在15.8小時處的一個氧爆發的峰。抗旱型油菜在旱脅迫下的H202積累量比較小，這可能是因為其與H202清除有關的酶的活性更高，這也進一步解釋了抗旱型油菜在旱脅迫下的較高的存活率。