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植物激素对于调节植物的各种生长发育过程和环境的应答具有十分重要的作用。但由于植物激素信号转导过程缺乏可测量的信号,难以准确、灵敏地进行定位研究,所以目前国内外关于植物激素的信号转导机制报道很少。受体蛋白在信号转导系统中是一个极关键的成分,激素和受体蛋白结合后触发一系列的信号转导过程,因此对激素与受体的结合位点进行检测,是研究激素信号转导的第一步。
吲哚丙酸(IPA)属于植物生长素,可被植物的根、茎、叶和花吸收,具有促进生根、座果等生理作用,目前尚未见有关研究IPA结合位点的报道。为解决IPA在信号转导过程中缺乏灵敏、稳定可测量信号的问题,本文采用低毒性的CdTe/ZnS QDs、Mn∶ZnS QDs分别与能选择性识别复杂植物体系中IPA受体蛋白的IPA残基(来自色氨酸)偶联,构建了具有生物兼容性的两种吲哚丙酸结合位点探针CdTe/ZnS-IPA及Mn∶ZnS-IPA。
在优化反应条件的基础上,用ZnS对油浴合成的CdTe进行包覆,制备出了发红色荧光的CdTe/ZnS QDs。通过X射线衍射手段证明了CdTe/ZnS QDs的核/壳结构,联合荧光光谱、荧光寿命、紫外光谱、透射电镜及动态光散射多种表征共同证明了CdTe/ZnS-IPA的制备成功。绿豆的发芽率实验表明,CdTe/ZnS-IPA能够有效降低单核的CdTe QDs的毒性,更适于应用在植物体标记中。且其具有植物激素IPA的生理活性,能够特异性识别植物组织中IPA结合位点。红色荧光的CdTe/ZnS-IPA,能够避开植物组织自发的黄绿色荧光对IPA结合位点进行标记,具有抗植物荧光背景干扰的优点。对CdTe/ZnS-IPA与绿豆幼苗根部切片温育的条件进行了优化,并确定了标记效果最佳的探针偶联率为5.4%。运用CdTe/ZnS-IPA对IPA结合位点进行原位成像,成像结果显示,绿豆根部组织中IPA结合位点主要在内皮层细胞的细胞膜上,该结论有助于迸一步研究IPA在植物中的信号转导过程。用该探针建立了原位检测植物组织中IPA与受体结合位点的新方法,该方法具有方便、可视化的优点。
对合成条件进行优化,在pH为10.3,陈化160min的条件下制备出荧光强的Mn∶ZnS QDs。考察Mn∶ZnS-IPA的制备条件,得出最佳偶联条件为:pH为10.83时,按照MPA∶EDC∶IPA摩尔比为1∶0.1∶0.1,偶联40min。通过X射线衍射表征证明了Mn∶ZnS QDs的合成成功,荧光光谱、紫外光谱、透射电镜表征证明了Mn∶ZnS-IPA的制备成功。绿豆种子的发芽率实验表明,无Cd的Mn∶ZnSQDs相比核/壳型的CdTe/ZnS QDs具有更低的毒性,且由Mn∶ZnS QDs所制备的探针Mn∶ZnS-IPA也较CdTe/ZnS-IPA具有更低的毒性。Mn的掺杂使探针的荧光性能更为卓越,相比CdTe/ZnS QDs有更强的抗光漂白能力。Mn∶ZnS-IPA在不同离子强度,各种离子、生物分子存在的条件下所表现的荧光稳定性使其适用于复杂的生物环境。通过对Mn∶ZnS-IPA毒性及荧光稳定性的考察,证明Mn∶ZnS-IPA比CdTe/ZnS-IPA具有更突出的性能,适宜开发成为植物中吲哚丙酸结合位点探针。