植物根尖分生組織傳感器的構(gòu)建及其對(duì)尿素傳感動(dòng)力學(xué)研究

牛 博，李麗娜，龐廣昌，*，魯丁強(qiáng)

(1.天津商業(yè)大學(xué) 生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134； 2.天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134)

生物獲取營(yíng)養(yǎng)首先需要識(shí)別并傳感到營(yíng)養(yǎng)才可能根據(jù)自身對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求情況吸收相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)。植物要平衡、調(diào)節(jié)其體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)，必須建立有效的傳感系統(tǒng)，用來(lái)迅速傳感各個(gè)營(yíng)養(yǎng)素在根際土壤中是否存在及其濃度的信息，以應(yīng)對(duì)土壤中可利用的養(yǎng)分在時(shí)間和空間上的劇烈波動(dòng)[1]。氮是植物生長(zhǎng)最重要的元素，尿素CO(NH2)2是全球最常用的氮肥[2]。尿素不僅相對(duì)含氮量高，而且是植物體內(nèi)精氨酸循環(huán)的重要中間代謝產(chǎn)物，對(duì)植物體內(nèi)的氮素循環(huán)和碳氮平衡起到重要作用。

高等植物對(duì)無(wú)機(jī)氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)和有機(jī)氮的傳感吸收能力各有不同，現(xiàn)有的研究表明，大多數(shù)植物都存在對(duì)不同種類氮源的低親和力和高親和力2種傳感轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)[3-5]。迄今為止，對(duì)于氮源傳感和吸收的研究主要集中在植物體內(nèi)硝酸根離子轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和銨根離子轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，但對(duì)尿素傳感、吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的鑒定和相關(guān)功能的研究還停留在尿素也可以作為植物快速吸收利用的氮源階段[6]。雖然已發(fā)現(xiàn)了2類轉(zhuǎn)運(yùn)尿素的膜蛋白，即MIPs和DUR3，它們分別在低親和力、高親和力尿素吸收和運(yùn)輸中發(fā)揮作用[7-8]，但是其確切的傳感受體和機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究。

尿素的大量施用雖有助于農(nóng)作物提高產(chǎn)量，但是由于植物對(duì)氮的利用效率并不清楚，這種做法會(huì)因?yàn)榈獱I(yíng)養(yǎng)過(guò)剩而嚴(yán)重危害環(huán)境。尋找適合植物的最佳施肥量，需要深入了解不同植物根系傳感和吸收營(yíng)養(yǎng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律[9-10]。植物根系對(duì)養(yǎng)分的傳感能力始終受到科學(xué)家的關(guān)注，現(xiàn)有的研究方法多為通過(guò)同位素標(biāo)記檢測(cè)其相關(guān)的吸收動(dòng)力學(xué)或是異源表達(dá)相關(guān)基因驗(yàn)證其效果，但根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)的傳感能力應(yīng)遠(yuǎn)高于其吸收能力，而生物必須先傳感到營(yíng)養(yǎng)才可以進(jìn)一步吸收利用。本課題組經(jīng)過(guò)多年研究，已經(jīng)成功構(gòu)建了動(dòng)物受體傳感器和動(dòng)物組織傳感器，并進(jìn)行了相關(guān)物質(zhì)的傳感動(dòng)力學(xué)研究[11-14]。目前在植物組織或植物受體傳感器的研究方面尚未見(jiàn)報(bào)道，如果能夠成功構(gòu)建植物根分生組織和受體傳感器，并對(duì)相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)物配體進(jìn)行傳感動(dòng)力學(xué)研究，一方面有助于解決當(dāng)下過(guò)度施肥引起的土壤板結(jié)和水環(huán)境污染；另一方面有助于進(jìn)一步采用生物技術(shù)方法提高植物氮素利用效率[15-17]。該傳感器的成功構(gòu)建可為植物根系營(yíng)養(yǎng)傳感及其吸收和調(diào)節(jié)機(jī)制研究、農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)施肥提供一種新的研究方法。

本研究選擇玉米、辣椒、花椰菜和黃瓜4種植物的根尖分生組織組裝傳感器，定量化測(cè)定傳感配體——尿素。通過(guò)電化學(xué)工作站和時(shí)間—電流曲線法測(cè)定尿素與玉米、辣椒、花椰菜和黃瓜根尖分生組織相互作用所產(chǎn)生的配體—受體識(shí)別和聯(lián)動(dòng)變構(gòu)所產(chǎn)生的電化學(xué)信號(hào)，得到4種植物根尖對(duì)尿素的傳感范圍和相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并通過(guò)相應(yīng)的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其真實(shí)的生物學(xué)作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米(ZeamaysL.)、辣椒(CapsicumannuumL.苗、花椰菜(BrassicaoleraceaL.var.botrytisL.)、黃瓜(CucumissativusL.)苗各10株?？扇苄缘矸?、無(wú)水CaCl2、尿素等均購(gòu)自天津市贏達(dá)稀貴化學(xué)試劑廠(中國(guó))。海藻酸鈉來(lái)自天津光復(fù)精細(xì)化工研究所(中國(guó))。所有其他化學(xué)品均為分析純。去離子水來(lái)自Millipore公司的Milli-Q純水系統(tǒng)(Elix Essential 5，美國(guó))，并被用在所有的實(shí)驗(yàn)中。

CHI660E型電化學(xué)工作站購(gòu)自上海辰華儀器有限公司(中國(guó)上海)；核微孔膜(孔徑0.22 μm，周長(zhǎng)25 mm)購(gòu)自Whatman公司(英國(guó))。

1.2 電極預(yù)處理與效果表征

將玻碳電極(glassy carbon electrode, GCE)用不同粒徑的α-Al2O3漿(1.00、0.30、0.05 μm)在麂皮上拋光，每次拋光后在超聲波水浴中清洗30 s，重復(fù)2～3次，然后用超純水清洗玻碳電極。在1 mol·L-1H2SO4溶液中使用循環(huán)伏安法對(duì)玻碳電極進(jìn)行活化，活化時(shí)電壓的掃描范圍是-1.0～1.0 V、掃描速率是100 mV·s-1，重復(fù)掃描直至出現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)伏安曲線圖。

將活化的玻碳電極置于1×10-3mol·L-1K3Fe(CN)6溶液(含0.20mol·L-1KNO3)中對(duì)其進(jìn)行循環(huán)伏安曲線掃描，電壓的掃描范圍為-0.1～0.6 V，掃描速度為50 mV·s-1。同時(shí)，使用交流阻抗法表征電子傳遞到電極表面所受到的阻抗大小，以達(dá)到間接表征電極預(yù)處理后的界面情況。最后置于氮?dú)猸h(huán)境中干燥待用。

1.3 電化學(xué)生物傳感器的制備

溶液配置：①1%的可溶性淀粉溶液：稱取1 g可溶性淀粉溶于99 mL超純水中，之后加入1 mL 10%的戊二醛，80 ℃水浴攪拌加熱30 min。室溫條件下放置過(guò)夜。②2%的海藻酸鈉溶液：稱取2 g海藻酸鈉溶于100 mL超純水中，攪拌過(guò)夜。③ 5%的CaCl2溶液：稱取5 g CaCl2溶于100 mL超純水中。④將1%的可溶性淀粉溶液與2%的海藻酸鈉溶液以體積比1∶1混勻在平皿中，另取一平皿吸取等體積的5%的CaCl2溶液。

固定化植物組織傳感器組裝：將新鮮的根尖分生組織用超純水清洗干凈，在細(xì)胞培養(yǎng)皿中用手術(shù)刀切碎，過(guò)程中保持根尖濕潤(rùn)，立即儲(chǔ)藏在4 ℃冰箱中備用。

將準(zhǔn)備好的0.25 cm2的植物根尖分生組織放置于一張直徑為25 mm、孔徑為0.22 μm的核微孔膜的圓心上，然后覆蓋另一張，迅速將1號(hào)培養(yǎng)皿中的混合液均勻涂抹在核微孔膜邊緣，再將其邊緣浸沒(méi)在2號(hào)培養(yǎng)皿中，使得海藻酸鈉與CaCl2完全交聯(lián)，得到穩(wěn)定的螯合物，然后用超純水沖洗組裝好的植物根尖分生組織測(cè)定膜，沖洗掉殘留在膜上的Cl-、Ca2+等離子，最后將組裝好的植物根尖分生組織測(cè)定膜用皮筋固定在玻碳電極上，植物根尖分生組織要完全覆蓋電極極芯，再用超純水沖淋電極制成生物傳感器(圖1)。

1.4 電化學(xué)生物傳感器對(duì)植物根尖分生組織的測(cè)定方法

采用三電極系統(tǒng)，以固定好的“三明治”式植物根尖分生組織膜的玻碳電極作為工作電極，以Ag/AgCl電極作為參比電極，以鉑絲電極作為對(duì)電極，以超純水作空白對(duì)照，在一定的電壓下通過(guò)電流—時(shí)間測(cè)定法測(cè)定尿素溶液與植物根尖分生組織作用的響應(yīng)電流值，以響應(yīng)電流的變化率作為檢測(cè)指標(biāo)，每個(gè)濃度平行測(cè)定3次。按公式(1)計(jì)算響應(yīng)電流的變化率ΔI。

(1)

式(1)中：I1表示空白對(duì)照的響應(yīng)電流值/A，I2表示待測(cè)定尿素溶液的響應(yīng)電流值/A。

2 結(jié)果與分析

2.1 電極預(yù)處理效果的電化學(xué)表征

由圖2-A可以看出，電位差在80 mV以下，峰電流比值趨近于1。由圖2-B可以看出，在不同掃描速率條件下(25、50、75、100、125、150、200 mV·s-1)，活化后的玻碳電極(GCE)還原峰和氧化峰電流均和掃描速率的平方根呈良好的線性關(guān)系，說(shuō)明玻碳電極經(jīng)過(guò)處理后其氧化還原峰電流僅受擴(kuò)散條件控制，玻碳電極作為裸電極的預(yù)處理效果達(dá)標(biāo)，可以進(jìn)行后續(xù)的組裝研究。

2.2 電極組裝過(guò)程及電化學(xué)表征

由圖3可以看出，在掃描速率為50 mV·s-1，掃描范圍為-0.1～0.6 V的條件下，玻碳電極使用雙核微孔膜組裝后，由于核微孔膜阻礙了電子向電極表面的傳遞，所以峰電流值低于裸電極峰電流值；在兩層膜中間組裝上植物根尖分生組織后峰電流值進(jìn)一步減小，這是由于植物根尖分生組織進(jìn)一步阻礙了電子的傳遞。由圖3峰電流的變化可以看出，該組織傳感器組裝成功。

圖2 玻碳電極預(yù)處理效果的循環(huán)伏安法表征(A)及預(yù)處理后的玻碳電極的還原峰和氧化峰電流和掃描速率的關(guān)系(B)Fig.2 Cyclic voltammograms of bare GCE (A) and relationship between scan rate and electric current of oxidation peak or reduction peak of bare GCE (B)

圖3 循環(huán)伏安法對(duì)電極不同階修飾段的表征Fig.3 Characterized electrode at different modification stages by cyclic voltammetry

圖4 電位對(duì)生物傳感器響應(yīng)效果的影響Fig.4 Effect of response potential on the biosensor

2.3 電流—時(shí)間測(cè)定法的電位優(yōu)化

將構(gòu)建好的植物根尖分生組織傳感器置于超純水中，采用電流—時(shí)間法，在不同電位下測(cè)試。以加入1×10-6mol·L-1的尿素前后穩(wěn)態(tài)電流差去衡量不同電位對(duì)該傳感器電化學(xué)響應(yīng)效果的影響。由圖4可知，該傳感器在-0.38 V時(shí)電流變化值最大，我們選擇-0.38 V為恒電位進(jìn)行植物根尖分生組織傳感器對(duì)尿素傳感動(dòng)力學(xué)特性的研究。

2.4 植物根尖分生組織傳感器對(duì)尿素濃度的檢測(cè)范圍

將固定好的植物根尖分生組織傳感器用不同濃度的尿素溶液刺激，濃度從低到高依次測(cè)定，時(shí)間—電流法掃描，掃描電位選擇-0.38 V，靜置10 s左右，使受體和尿素充分結(jié)合后，第100秒電流值為穩(wěn)態(tài)電流，每組實(shí)驗(yàn)均平行測(cè)試3次，采用的數(shù)據(jù)是經(jīng)儀器軟件平均化后的響應(yīng)電流，以減少誤差。以電流在受體—配基結(jié)合前后電流的變化率△I為縱坐標(biāo)，為方便后續(xù)計(jì)算以配基—尿素濃度C(mol·L-1)的對(duì)數(shù)值lg(C)為橫坐標(biāo)作圖，結(jié)果如圖5，在低濃度范圍內(nèi)，電流變化值呈線性增長(zhǎng)，說(shuō)明此時(shí)根尖對(duì)尿素的傳感能力遠(yuǎn)大于尿素的量，后一部分呈曲線式緩慢增長(zhǎng)，說(shuō)明組織對(duì)尿素的傳感能力已接近上限。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钦业阶钚№憫?yīng)濃度，繼續(xù)增大尿素濃度對(duì)后續(xù)細(xì)分測(cè)試濃度和聯(lián)動(dòng)變構(gòu)常數(shù)的計(jì)算沒(méi)有影響。因此，無(wú)需繼續(xù)增加尿素濃度。

由圖5知，玉米、辣椒、花椰菜和黃瓜分別在10-9～10-3、10-16～10-6、10-19～10-10和10-20～10-10mol·L-1尿素的濃度范圍內(nèi)，響應(yīng)電流的變化率隨著濃度的增加呈現(xiàn)類似酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)曲線。

2.5 植物根尖分生組織傳感器對(duì)尿素傳感作用的動(dòng)力學(xué)曲線

由圖5對(duì)電流變化率ΔI呈線性變化的濃度范圍做進(jìn)一步的細(xì)分，通過(guò)時(shí)間電流法測(cè)定，用Origin 2019軟件分別對(duì)得到的參數(shù)曲線進(jìn)行雙曲線擬合，得出4種植物準(zhǔn)確的受體—配體互作動(dòng)力學(xué)參數(shù)[18]，如圖6。

根據(jù)受體—配體互作動(dòng)力學(xué)方程

(2)

當(dāng)組織上的受體飽和時(shí)：

(3)

設(shè)[RT]為受體的初始濃度，則[R]=[RT]-[RL]，設(shè)[LT]是總配基濃度，則[L]=[LT]-[RL]，將[L]=[LT]-[RL]和[R]=[RT]-[RL]代入(3)式，經(jīng)整理得

[RL]2-[RL]{[RT]+[LT]+Kd}+[RT][LT]=0。

(4)

上式為以[RL]為變量的一個(gè)雙曲線一元二次方程。當(dāng)[RT]、Kd為固定時(shí)，[RL]隨[LT]的變化而變化，開(kāi)始上升地很快，以后逐漸趨向于水平，這就是受體—配體互作的飽和曲線[19]。該式說(shuō)明了受體與配體的結(jié)合具有配體飽和的效應(yīng)，和米氏酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)有相似的特征。于是我們可以獲得類似于Km值的重要?jiǎng)恿W(xué)參數(shù)Ka(配體—受體互作所產(chǎn)生的聯(lián)動(dòng)變構(gòu)激活常數(shù))。

從圖6可以看出，在較低濃度下，電流的變化率隨尿素濃度的增加而增加，表明此時(shí)根尖組織上的受體傳感能力遠(yuǎn)高于檢測(cè)溶液中的配體濃度。當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，隨著尿素濃度的持續(xù)增加，電流的變化率基本恒定或變化非常小，表明此時(shí)根尖組織上的受體傳感能力已達(dá)到飽和。上述過(guò)程表明，傳感器不僅反映了受體與配體的結(jié)合，還反映了受體與配體結(jié)合后的通過(guò)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)和級(jí)聯(lián)放大導(dǎo)致的電化學(xué)信號(hào)的改變，如離子通道的開(kāi)啟或關(guān)閉。

2.6 尿素與植物根尖分生組織上的受體互作所引發(fā)的聯(lián)動(dòng)變構(gòu)常數(shù)

對(duì)公式(4)變形，可以推導(dǎo)出

(5)

以1/[RL]為縱坐標(biāo)，以1/[L]為橫坐標(biāo)的雙倒數(shù)方程。直線的斜率為Kd/[RT]，橫軸截距為-1/Kd，縱軸截距1/[RT]。根據(jù)上述推導(dǎo)，再以尿素溶液濃度的倒數(shù)為橫軸，以電流變化率的倒數(shù)為縱軸通過(guò)Origin 2019軟件線性擬合。

得到擬合的線性回歸方程分別為：

圖5 玉米(A)、辣椒(B)、花椰菜(C)和黃瓜(D)在檢測(cè)范圍內(nèi)的電流變化率Fig.5 Current changes of corn (A)， pepper (B)， broccoli (C)， and cucumber (D) in the detection range

由上述方程分別計(jì)算得出4種植物的根尖分生組織對(duì)尿素的聯(lián)動(dòng)變構(gòu)常數(shù)Ka，如表1所示。

表1 根尖組織對(duì)尿素的聯(lián)動(dòng)變構(gòu)常數(shù)

此處的聯(lián)動(dòng)變構(gòu)常數(shù)Ka和酶促反應(yīng)參數(shù)Km值相似，定義為：達(dá)到組織上傳感受體飽和(電化學(xué)信號(hào)放大效應(yīng))一半時(shí)的配體濃度。顯然Ka越小，說(shuō)明配體通過(guò)與受體互作所產(chǎn)生的電化學(xué)信號(hào)變化效應(yīng)越高，傳感越靈敏。玉米的Ka值比其他3種植物至少高7個(gè)數(shù)量級(jí)。可以推斷玉米相較于其他3種植物，對(duì)尿素的傳感能力很弱，或可判斷為：玉米在一定程度上存在對(duì)尿素的傳感缺陷。

2.7 植物組織傳感器的穩(wěn)定性及重現(xiàn)性

將制成的辣椒根尖組織傳感器在1×10-16mol·L-1的尿素溶液中連續(xù)測(cè)定10次，電流變化率的RSD為4.73%，表明該受體傳感器穩(wěn)定性能良好。取不同批次制備的電化學(xué)型組織傳感器5支，制成的玉米根尖組織傳感器在1×10-6mol·L-1的尿素溶液中連續(xù)測(cè)定10次，電流變化率的RSD為2.52%，表明該受體傳感器穩(wěn)定性能良好。

將構(gòu)建好的根尖組織傳感器于4 ℃的超純水上方保存，每間隔24 h測(cè)定同一濃度的尿素溶液，第1～5天該傳感器的響應(yīng)電流比較為穩(wěn)定，分別為100%、99.64%、88.32%、75.73%、70.01%；第6天的響應(yīng)電流比為63.22%，表明該類型組織傳感器至少可穩(wěn)定使用5 d。

2.8 辣椒與玉米對(duì)尿素傳感動(dòng)力學(xué)常數(shù)的比較與驗(yàn)證

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，玉米與其他3種植物的傳感能力有顯著差距，辣椒根尖組織可以在10-15～10-10mol·L-1對(duì)尿素傳感，而玉米在該濃度范圍內(nèi)應(yīng)無(wú)明顯的傳感能力。為了驗(yàn)證通過(guò)植物根尖分生組織傳感器所測(cè)定的動(dòng)力學(xué)常數(shù)是否真實(shí)反映了植物根尖對(duì)尿素的傳感能力，我們以尿素為唯一氮源，在10-15～10-10mol·L-1的尿素培養(yǎng)液中，對(duì)玉米和辣椒苗進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

圖6 玉米(A)在10-8～10-4 mol·L-1、辣椒(B)在10-16～10-14mol·L-1、花椰菜(C)在10-19～10-4 mol·L-1和黃瓜(D)在10-20～10-18mol·L-1濃度范圍內(nèi)電流變化率及雙曲線擬合Fig.6 Corn (A) at 10-8-10-4mol·L-1， pepper (B) at 10-16-10-14mol·L-1， cauliflower (C) at 10-19-10-4mol·L-1 and cucumber (D) at 10-20-10-18mol·L-1 current change rate and hyperbolic fitting in the concentration range

如圖7所示，我們將玉米與辣椒共同培養(yǎng)在尿素濃度從左至右依次為1×10-10、1×10-11、1×10-12、1×10-13、1×10-14和1×10-15mol·L-1的培養(yǎng)液中。結(jié)果表明：玉米在10～15 d內(nèi)相繼死亡，而辣椒在培養(yǎng)液中正常生長(zhǎng)。證明了玉米在低于其傳感能力的尿素培養(yǎng)液中不能正常生長(zhǎng)，而辣椒可以在該尿素濃度范圍內(nèi)正常生長(zhǎng)。說(shuō)明我們通過(guò)根尖分生組織研制的傳感器及其對(duì)尿素的傳感參數(shù)的確真實(shí)地反映了根對(duì)尿素的識(shí)別、傳感和吸收能力，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，和其他3種植物相比，玉米對(duì)尿素的傳感存在明顯的缺陷。

圖7 玉米和辣椒在從左至右10-10～10-15mol·L-1的尿素溶液中培養(yǎng)Fig.7 Corn and pepper cultured in 10-10-10-15mol·L-1 urea solution from left to right

3 討論

過(guò)去一些植物學(xué)的經(jīng)典理論認(rèn)為尿素作為氮肥發(fā)揮作用需通過(guò)土壤中微生物產(chǎn)生的脲酶水解為CO2和NH3，NH3再被植物吸收利用。但現(xiàn)在越來(lái)越多的研究表明：在無(wú)土壤微生物存在的條件下， 外源尿素也可以被植物根系直接吸收，并在未降解的情況下轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部分[6]。近年來(lái)的研究進(jìn)一步表明：可能存在2類不同的轉(zhuǎn)運(yùn)體系，即需要能量且逆尿素濃度梯度的主動(dòng)吸收途徑和膜蛋白促進(jìn)型的尿素跨膜擴(kuò)散的被動(dòng)運(yùn)輸途徑，即依賴于膜蛋白的尿素低親和力傳感轉(zhuǎn)運(yùn)體系和高親和力傳感轉(zhuǎn)運(yùn)體系[20]。通過(guò)固定根尖分生組織制備的生物傳感器，首次定量化測(cè)定了玉米、辣椒、花椰菜和黃瓜根尖分生組織對(duì)尿素的識(shí)別和傳感規(guī)律，得到4種植物根尖分生組織與尿素的雙曲線動(dòng)力學(xué)模型，并計(jì)算出4種植物的重要?jiǎng)恿W(xué)參數(shù)(Ka)，分別為Ka玉米=7.179 0×10-9mol·L-1；Ka辣椒=4.537 0×10-16mol·L-1、Ka花椰菜=9.908 5×10-20mol·L-1和Ka黃瓜=6.462 8×10-21mol·L-1。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：玉米對(duì)尿素的傳感能力遠(yuǎn)低于其他3種植物。為了驗(yàn)證這些參數(shù)的生物學(xué)意義，以尿素為唯一氮源，在10-15～10-10mol·L-1尿素的液體培養(yǎng)基中對(duì)玉米和辣椒苗進(jìn)行了培養(yǎng)和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明：玉米在10～15 d內(nèi)葉片枯黃死亡，而辣椒則可以正常生長(zhǎng)，證明所得到的動(dòng)力學(xué)參數(shù)(聯(lián)動(dòng)變構(gòu)常數(shù)Ka)真實(shí)地反映了植物根系對(duì)尿素的傳感能力，同時(shí)證明：和其他3種植物相比，玉米對(duì)尿素的傳感存在明顯的缺陷，其具體受體及其傳感、吸收和控制機(jī)制有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

本研究成功地構(gòu)建了一種植物根尖組織生物傳感器，并通過(guò)該傳感器定量化測(cè)定了尿素對(duì)玉米、辣椒、花椰菜和黃瓜的根尖組織互作、識(shí)別與聯(lián)動(dòng)變構(gòu)常數(shù)Ka，通過(guò)研究4種植物對(duì)尿素的傳感動(dòng)力學(xué)，驗(yàn)證了植物根尖可以直接傳感尿素，且不同種類的植物傳感尿素的能力不同。通過(guò)對(duì)玉米和辣椒在尿素為唯一氮源的液體培養(yǎng)基上進(jìn)行的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，證明這些參數(shù)的確能夠反映植物根系對(duì)尿素的識(shí)別、傳感和吸收能力，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)玉米存在對(duì)尿素識(shí)別、傳感和吸收缺陷，為進(jìn)一步深入研究植物對(duì)尿素的識(shí)別、傳感、吸收和調(diào)控機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。該生物傳感器操作簡(jiǎn)單、易行、成本低、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性良好，為探尋植物根系對(duì)土壤中有效營(yíng)養(yǎng)成分的傳感利用及其動(dòng)力學(xué)研究，為合理施肥、提高作物產(chǎn)量等提供了一種新方法。