稀土作用于辣根细胞膜的若干生物无机化学行为研究

选择出口经济作物（植物）辣根细胞为研究对象；以探讨稀土离子（Ln3+）作用于植物细胞膜所导致的若干生物无机化学行为及其机理为研究目的；以细胞化学（稀土放射自显影技术）、细胞生物学技术（荧光显微镜、细胞样品CO2临界点干燥、冷冻断裂和冷冻蚀刻等技术）与物理化学方法（原子力显微镜、透射电镜、扫描电镜、计算机模拟、膜片钳、细胞中非电活性离子检测新方法及核磁共振等多种谱学技术）的优化组合为研究手段；以Ln3+在辣根细胞膜上的分布及其形态－膜上示踪分子（膜脂或膜蛋白等）微结构－膜电位（离子通道）－细胞内矿质元素含量变化的微观化学过程为研究内容；揭示Ln3+作用于植物细胞膜的位点、细胞膜结构、细胞膜功能与细胞内矿质元素含量变化的机理，为从细胞及分子层次系统阐明稀土作用于植物的机理及其植物食品安全提供借鉴。

低浓度Ln(III)作用辣根后发现：① Ln(III)被锚定在质膜上，胞壁和胞内均无。 ②细胞可优选质膜上含有羧基分子(如纤连蛋白)与Ln(III)键合而成纳米(尺度)配合物，而被锚。③被锚Ln(III)活化了质膜胞吞作用，植物细胞胞吞水平均很低，适度活化却为质膜回收及物质交换提供了帮助。④质膜胞吞作用的活化令膜上分子产生由外到内响应，如膜外甘露糖基表达增、膜外K+和Ca2+含量降、膜中不饱和脂肪酸、胞内信号分子、营养元素和DNA量增等，利于细胞生长。. 高浓度Ln(III)处理辣根后发现：①细胞提供更多Ln(III)结合点而生成更多的Ln(III)纳米（尺度）配合物，损伤生物分子结构与功能。②胞吞活性更高，且Ln(III)生物分子纳米配合物进细胞。因细胞壁阻碍示踪分子通过质膜而了解植物胞吞途径艰难，专家们就其胞吞模型达两种路径共识。伴随同位素Ln(III)处理辣根后，首次直观到该正常胞吞模型的途径II。③同观察到异常胞吞现象：胞吞泡与溶解酶泡融合后变形且表面凹陷起伏（酶溶泡内pH 2.5，融合令Ln(III)从配合物中解离并熵增其无规运动击膜）；变形的融合泡破碎，释放出Ln(III)至细胞质中;胞质中Ln(III)再形成新的Ln(III)生物分子纳米配合物；该配合物在胞质中自组装成不同尺寸的Ln(III) 纳米(团)簇。④一些Ln(III)纳米簇被埋在胞质中不随时迁移而残留活体（植物细胞遇高量金属时，金属离子在液泡中区室化是耐受损伤机理之一，胞质中 Ln(III)纳米簇其功能会类似区室化减损伤待深究）。⑤多数Ln(III)纳米簇随时间，从细胞叶-茎-根并少量残留后迁移到土壤中。⑥Ln(III)从膜到胞内诱导了系列响应，糖基表达和质膜Ca2+降、K+增及K+通道功能降、酶和DNA合成降低等。⑦不同Ln(III)（La 、Ce、Tb）作用于细胞的靶点有差异。⑧不同Ln(III)（Ce、Tb）在细胞中氧化为Ln (IV)且情况不一。. 上述发现为Ln(III)作用于植物细胞机理提供了新洞察，但Ln(III)与哪些膜分子键合？如何活化胞吞作用等待深究。