摘要

柑橘黃龍病（HLB）是由韌皮部限制性細菌引起的，是美國最具破壞性的柑橘疾病。目前沒有已知的治療方法。鋅（Zn）已被證明可以緩解癥狀并改善患病樹木的健康狀況。然而，鋅的施用策略（例如，葉面噴施與土壤施用）在很大程度上取決于鋅在柑橘植株中的吸收和運輸動力學，這一點目前尚不清楚。本研究的目的是開發并表征一種固態接觸式微型鋅離子選擇電極（SC-μ-ISE），用于確定鋅在酸橙幼苗（一種柑橘砧木）中的運輸。該電極顯示出能斯特斜率（29.8 ± 0.4 mV/decade），檢測限為6.3 x 10?? M，在較寬的pH范圍（pH 3-9）內響應穩定，并對主要的競爭性陽離子（K?, Na?, Ca2?, Mg2?, NH??, Cu2?）具有高選擇性。將開發的電極與非侵入性微電極離子流估計（MIFE）技術相結合，測定了鋅在酸橙幼苗葉片和根部的吸收通量。結果顯示，鋅的吸收通量隨外部鋅濃度的增加而增加，葉片的吸收通量（-0.05 至 -4.7 nmol cm?2 s?1）顯著高于根部（-0.4 至 -2.2 nmol cm?2 s?1）。總體而言，開發的鋅微電極被證明是研究柑橘植株中鋅運輸動力學的一個強大工具，可用于優化HLB管理中的鋅施用策略。

引言

由韌皮部限制性細菌引起的柑橘黃龍病（HLB）是美國最具破壞性的柑橘疾病。HLB通過亞洲柑橘木虱傳播，可感染所有柑橘品種，并導致果實產量和質量下降，最終導致樹木死亡。目前，沒有已知的HLB治愈方法，控制措施主要依賴于使用殺蟲劑控制媒介昆蟲、移除受感染樹木以及培育抗性品種。然而，這些方法在控制疾病傳播方面效果有限。為了改善受感染樹木的健康狀況，正在研究通過葉面和土壤施用營養元素（例如，鋅、銅、錳）來緩解癥狀。其中，鋅（Zn）因其在植物免疫系統中的關鍵作用而被認為是一種有前景的緩解劑。缺鋅會削弱植物的防御機制，增加對病原體的易感性。因此，補充鋅可以通過增強植物的免疫系統來潛在地減輕HLB癥狀。

盡管鋅在緩解HLB方面具有潛力，但關于鋅在柑橘植株中的吸收和運輸動力學知之甚少。鋅的施用策略（例如，葉面噴施與土壤施用）在很大程度上取決于鋅的吸收途徑和運輸效率。葉面施肥可以直接將營養物質輸送到葉片，繞過土壤相互作用和根部吸收限制。然而，鋅在葉片中的吸收和向韌皮部的易位可能受到葉片表面特性、角質層滲透性和質外體運輸等因素的影響。相反，土壤施肥依賴于根部吸收和通過木質部向地上部分的運輸，這可能受到土壤pH值、陽離子交換容量和微生物活動的影響。因此，了解鋅在柑橘植株中的吸收和運輸動力學對于優化HLB管理中的鋅施用策略至關重要。

傳統上，植物中離子通量的測量依賴于破壞性技術，如原子吸收光譜法或電感耦合等離子體質譜法，這些技術需要組織取樣和消化，無法提供空間和時間分辨率信息。非侵入性微電極離子流估計（MIFE）技術通過使用離子選擇性微電極（ISME）以高空間（微米級）和時間（秒級）分辨率測量離子通量，克服了這些限制。然而，傳統的液體離子交換膜ISMEs存在使用壽命短、響應時間慢和對機械干擾敏感等缺點。固態接觸式離子選擇性電極（SC-ISEs）通過用固態接觸層替代內部填充溶液，為這些挑戰提供了有前景的解決方案。SC-ISEs具有更長的使用壽命、更快的響應時間和更高的機械穩定性，適用于長期原位監測。

本研究的目的是開發并表征一種用于測量鋅離子（Zn2?）的固態接觸式微型離子選擇電極（SC-μ-ISE），并將其應用于測定鋅在酸橙幼苗（一種柑橘砧木）葉片和根部的吸收通量。具體目標包括：

1.  開發并表征一種對Zn2?具有高選擇性和靈敏度的SC-μ-ISE。

2.  評估所開發電極在寬pH范圍和存在競爭性陽離子情況下的性能。

3.  將SC-μ-ISE與MIFE技術相結合，測量鋅在酸橙幼苗葉片和根部的吸收通量。

4.  比較不同外部鋅濃度下葉片和根部的鋅吸收通量。

材料與方法

鋅離子選擇性膜配方

鋅離子選擇性膜由以下成分組成（重量百分比）：1.0% 鋅離子載體II（ETH 7219），0.5% 鉀離子四[3,5-雙（三氟甲基）苯基]硼酸鹽（KTFPB），65.5% 硝基苯基辛基醚（o-NPOE）和33.0% 聚氯乙烯（PVC）。將各組分溶解在四氫呋喃（THF）中，制備總濃度為100 mg/mL的膜溶液。將溶液超聲處理10分鐘以確保均勻混合，并在4°C下儲存備用。

Zn2? SC-μ-ISE的制備

Zn2? SC-μ-ISE按照先前描述的方法制備，略有修改。簡言之，將硼硅酸鹽玻璃毛細管（外徑1.5毫米，內徑0.86毫米）用拉針儀拉制，尖端直徑約為3-5微米。使用微型注射器將少量導電聚合物（聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）-聚苯乙烯磺酸鹽，PEDOT:PSS）溶液注入毛細管尖端，形成固態接觸層。隨后，在120°C下將毛細管加熱30分鐘，以蒸發溶劑并使PEDOT:PSS固化。然后將鋅離子選擇性膜溶液注入毛細管尖端，并在室溫下蒸發THF過夜，形成一層薄膜。制備的SC-μ-ISE在10?3 M ZnCl?溶液中活化至少24小時后再使用。參比電極由Ag/AgCl絲（直徑0.5毫米）插入填充3 M KCl的鹽橋中制成。

圖1：SC-μ-ISE 1（左）和SC-μ-ISE 2（右）的示意圖和照片。