基于光标测方法的植物细胞网络电活动规律研究

目前，国内外学者的工作及我们的研究表明：产生高等植物细胞电信号的离子机制与动物细胞不同，但仍然可以借鉴Hodgkin-Huxley方程和运用离子通道数据建立描述单个植物细胞电信号变化的模型。尽管单个植物细胞的电信号模型已初步解决，但以往研究中缺少高时空分辨率同步获取植物细胞群体电信号的方法，使得植物细胞群体电信号传输模式及多个细胞间的信息处理方式等还没有科学定论。植物细胞群体电活动行为及其仿真模型的建立、模型中数据表达和并行处理方法等仍是有待解决的科学问题。本研究拟应用非接触式的基于电压敏感染料探针的光标测技术，动态地获得具有较高的时间和空间分辨率的电信号。结合微电极技术等手段，运用独立分量分析、时空相关性分析、多元数据分析方法客观地反映植物细胞群体电信号时空变化特征，探索植物细胞群体的电活动规律，来尝试阐明上述科学问题，力求有崭新的科学发现。

非接触式多位点的高分辨率植物电活动记录是对传统植物电信号胞内外记录的挑战。本研究建立了非接触式的基于电压敏感染料探针的光标测植物电信号检测方法和新系统，并将该技术与微电极阵列技术相结合，动态、原位地获得具有较高的时间和空间分辨率的植物电信号，并以可视化植物电信号的传输模式及多个细胞间的同步特点，采用非线性非参数方法-传递熵来解析各细胞间电信号时空变化的信息流向和传递关系。本研究直接证实了植物韧皮部是植物电信号传输的主要路径。基于高分辨率光标测技术，本研究还发现在有信息流向联系的细胞间未见邻接表皮细胞有电信号，这提示着递质参与了电信号传导，而植物体内递质如何参与电信号传导将是又一个值得研究的科学问题。在此基础上，本研究组完善了描述基于修正H-H方程的植物细胞网络电活动仿真模型。光标测方法不仅唯一能够动态记录高分辨率，同时还能够多位点记录植物电活动，研究植物电信号长距离传输机制的方法，也丰富了生物电子学的研究内容。