結果與討論

電極表征

SC-μ-ISE 1 的調節方案經過優化，在 1×10?3 M Zn(NO?)? 溶液中最短調節時間為 5 小時，得到的能斯特斜率為 32.28 ± 1.29 mV/十倍濃度，檢測限為 (2.83 ± 0.47) ×10?? M（圖 3(a)），這與先前研究的宏觀離子選擇電極平臺的性能相似。因此，尺寸的減小并未阻礙電極的理想響應。以類似的方式，SC-μ-ISE 2 產生了 26.05 ± 0.13 mV/十倍濃度的能斯特響應，檢測限為 (3.96 ± 2.09) ×10?? M（圖 3(b)）。

圖3：(A) SC-μ-ISE 1和(B) SC-μ-ISE 2的Zn2?校準曲線。（插圖：各自SC-μ-ISE記錄的電位-時間軌跡）。所有測量均進行三次重復。

pH 穩定性

Zn2? SC-μ-ISE 1 的 pH 穩定性通過在恒定 Zn2?濃度（0.1 mM）下，改變溶液 pH 值（pH 3-9）來評估。在 pH 5.8 時觀察到的電位在測試的整個 pH 范圍內保持穩定（圖 4）。在 pH 4 和 7 之間觀察到的偏差小于 ±1 mV。在 pH 低于 4 和高于 7 時，電極響應表現出輕微偏差，這歸因于 H? 和 OH? 的干擾。然而，±2 mV 的偏差在可接受的離子選擇性微電極誤差范圍內。

圖4. Zn2+ SC- μ - ISE 1的pH穩定性研究。測量均重復三次。

選擇性

通過無偏分別溶液法評估了 Zn2? SC-μ-ISE 1 和 SC-μ-ISE 2 對不同干擾陽離子的選擇性。對于兩種 SC-μ-ISE 設計，Zn2?選擇性膜對主要的單電荷競爭性陽離子（K?, Na?, NH??）顯示出優異的選擇性（log K < -4）。對于二價陽離子（Ca2?, Mg2?, Cu2?），膜顯示出良好的選擇性（log K ≈ -2.0）。然而，觀察到對 Cu2? 的響應斜率顯著較低，為 4.73 mV/十倍濃度，這歸因于 Zn2? 和 Cu2? 離子載體絡合物穩定常數的差異。盡管對 Cu2? 的選擇性較低，但兩種 SC-μ-ISE 設計在柑橘植物的離子背景范圍內，對所有測試的陽離子都顯示出足夠的選擇性。選擇性系數匯總在表 1 中。

表 1. 基于無偏分別溶液法得到的 Zn2? 膜配方對不同干擾離子的實驗選擇性系數及相應斜率

干擾離子 (j)	SC-μ-ISE 1: log K(Zn2?, j)	SC-μ-ISE 2: log K(Zn2?, j)	斜率 (mV/decade)
K?	-4.12 ± 0.06	-4.25 ± 0.08	58.1 (理論值)
Na?	-4.05 ± 0.03	-4.18 ± 0.05	58.1 (理論值)
Ca2?	-2.01 ± 0.10	-2.15 ± 0.12	29.0 (理論值)
Mg2?	-2.10 ± 0.08	-2.22 ± 0.09	29.0 (理論值)
NH??	-4.01 ± 0.04	-4.12 ± 0.07	58.1 (理論值)
Cu2?	-1.98 ± 0.15	-2.05 ± 0.18	4.73 (實驗值)

表面分析

Zn2? 通量使用非侵入性微電極離子流估計（MIFE）技術在定制的流動池中測量。使用微操作器，Zn2? SC-μ-ISE 垂直于植物組織（葉或根）表面移動。在葉片表面上方 3000 μm 處開始，以 30 μm 的步長向組織移動，在每個位置記錄電位 5 秒。在酸橙幼苗的葉片和根部都測量了不同本體 Zn2?濃度下的 Zn2? 微剖面。

葉片分析

在葉片表面測量的 Zn2? 微剖面顯示，在所有測試的本體濃度下，隨著電極接近葉片表面，Zn2? 活性都呈梯度下降（圖 5A）。在 0.20 mM 本體濃度下，表面濃度比本體濃度低約 0.05 mM。隨著本體 Zn2? 濃度增加，表面梯度變得更陡，在 15.2 mM 時，表面濃度比本體濃度低約 2.5 mM。這表明 Zn2? 正被葉片組織吸收，并且吸收通量隨本體濃度增加而增加。

圖5.采用SC- μ - ISE 2技術測定酸橙幼苗葉片和根部不同Zn2+濃度的微區分布。（圖3A中，黑色方塊表示0mM，紅色圓圈表示0.20mM，藍色三角形表示1.3mM，粉色三角形表示6.0mM，綠色菱形表示15.2mM Zn2+；圖3B中，黑色方塊表示6.3mM，紅色圓圈表示13.0mM Zn2+）

根部分析

與葉片類似，在根部表面測量的 Zn2? 微剖面也顯示，隨著電極接近根部表面，Zn2? 活性下降（圖 5B）。在 6.3 mM 本體濃度下，表面濃度比本體濃度低約 0.8 mM。在 13.0 mM 時，表面濃度比本體濃度低約 1.5 mM。根部吸收的梯度比葉片觀察到的更平緩，表明在給定的本體濃度下，根部的吸收通量較低。

通量估算

使用菲克第一定律從測量的濃度梯度估算 Zn2? 通量（J）：

J = -D * (dC/dx)

其中 D 是 Zn2? 在水中的擴散系數（7.0 × 10?? cm2/s），dC/dx 是垂直于組織表面的濃度梯度。估算的通量匯總在表 2 中。

表 2. 使用開發的 SC-μ-ISE 2 估算的酸橙幼苗葉片和根部的 Zn2? 通量

組織	本體 Zn2? 濃度 (mM)	表面 Zn2? 濃度 (mM)	濃度梯度 (dC/dx) (mM/cm)	Zn2? 通量 (nmol cm?2 s?1)
葉	0.20	0.15	-16.7	-0.12
葉	1.3	0.9	-133.3	-0.93
葉	6.0	4.0	-666.7	-4.67
葉	15.2	12.7	-833.3	-5.83
根	6.3	5.5	-266.7	-1.87
根	13.0	11.5	-500.0	-3.50

圖6：酸橙柑橘幼苗葉片和根部Zn2?通量隨本體濃度變化的函數關系

葉片和根部的 Zn2? 通量都隨本體 Zn2? 濃度增加而增加（圖 6）。然而，在所有測試濃度下，葉片的吸收通量都顯著高于根部。在 6.0 mM 時，葉片的吸收通量（-4.67 nmol cm?2 s?1）大約是根部在相似濃度（6.3 mM）下通量（-1.87 nmol cm?2 s?1）的 2.5 倍。這表明，在酸橙幼苗中，與根部吸收相比，葉面施用可能是更有效的 Zn2? 輸送途徑。

結論

為研究柑橘類植物葉片和根系的離子轉運過程，開發并表征了一種Zn2+ SC- μ - ISE 。該電極呈現26.05±0.13 mV/10?1的能斯特響應，檢測限為(3.96±2.09)×10?? M。盡管選擇性系數對Cu2+存在干擾響應（