基于CiteSpace对非损伤微测技术在环境领域应用的可视化分析

近年来非损伤微测技术(NMT)在环境领域的应用日益增加,本文基于Web of Science数据库,使用CiteSpace分析软件,以2014~2023年期间NMT技术在环境领域应用的相关文献为信息,进行知识图谱可视化分析。结果表明,发文数量呈螺旋式上升、主要发文机构为农业类相关机构或高校,NMT技术在环境领域主要用于植物相关的研究,研究热点集中于植物修复、植物耐盐抗性研究。本文用CiteSpace信息可视化的方法对NMT技术在环境领域的应用前景和趋势进行了分析和展望。

基于非损伤微测技术监测贮期鸡蛋氧呼吸规律

鸡蛋作为一个生命体,呼吸作用是其产后重要的生理活动,也是影响鸡蛋贮运效果的重要因素,研究鸡蛋氧呼吸规律对其贮藏保鲜意义重大。该文应用非损伤微测技术,搭建特有的微测试验平台,实时监测鸡蛋与外界微环境的O2交换速率以及交换强度。通过预试验选定探针与鸡蛋表面的最佳距离为50μm,选定鸡蛋最佳测试位置为钝端。试验选取一天中的4个时间点(6:00,12:00,18:00,24:00)来测试鸡蛋O2呼吸,借以研究鸡蛋在一天不同时间点的氧呼吸强弱;另外在每天同一时间点测试鸡蛋O2流速,连续测一个月,来研究鸡蛋贮藏期间的氧呼吸变化规律。试验发现:一天中鸡蛋的氧呼吸存在凌晨高下午低的规律性,无论是受精蛋还是非受精蛋,在每天的不同时间点呼吸强度有差异,受精蛋比非受精蛋的生命活动及新陈代谢变化更强烈,昼夜呼吸差异显著;一个月中,鸡蛋在贮期会产生2次呼吸峰值,分别出现在质变的转折点,并且第2次的峰值明显高于第1次的峰值。试验结果表明鸡蛋存在自身特有呼吸规律,生命代谢活动强时其对应氧呼吸活动也强,反之则弱;刚产下的鸡蛋的呼吸较为活跃。该研究可为如何优化贮藏条件以及提高种蛋的孵化率提供参考。

非损伤微测技术及其应用

非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technique,NMT)是用来测量和研究生命体外微环境中离子/分子流的一种技术。该技术利用选择性电极,在不接触被测样品的情况下,即在保证被测样品完整性和近似实际生理环境状态下,对进出样品的各种离子/分子流进行三维、实时、动态的测量,从而获得离子/分子流的浓度、流速和运动方向信息,是生理和分子机理研究的有力工具。本文就NMT技术的原理、特点、应用领域等方面进行了较为详细的综述。

用非损伤微测技术研究肿瘤细胞的耐药性与其胞外H^+流变化的相关性

介绍了人乳腺癌细胞(药物敏感株MCF-7/S及耐药株MCF-7/R)在化疗药物阿霉素(adriamycin,ADR)处理下,细胞外pH和H+流动方向和速率的变化。为此,建立了一种基于非损伤微测技术(non-invasive micro-test technique,NMT)的药物抗性研究方法(drug resistance study method,DRSM),该方法可用于研究器官/组织/细胞外离子/分子活性与肿瘤细胞耐药性之间的相互关系。结果显示存在一个持续的并以固有振荡形式出现的胞外H+流现象。此外,耐药株净H+流在加ADR前趋近于零,而敏感株净H+流呈明显内流。敏感株和耐药株加ADR后净H+均呈外流,但耐药株的净H+外流速率要高于敏感株5倍。与净H+流动速率结果相一致的是胞外的pH也产生了相应的变化。因此,实验为胞外H+活性与肿瘤耐药性的相互关联提供了直接证据。

非损伤微测技术在细胞生物学研究中的应用系列讲座(一)——技术简介

非损伤微测技术是一种选择性微电极技术,可以不损伤样品而获得进出样品的离子和分子信息,具有非损伤性,长时间、多电极、多角度测量等优势。本文介绍非损伤微测技术原理和技术特点及其在细胞生物学不同领域中的应用。

非损伤微测技术在细胞生物学研究中的应用系列讲座(四)——新陈代谢方面应用

通过三个具体应用实例,介绍了非损伤微测技术在新陈代谢研究领域的应用。

非损伤微测技术在细胞生物学研究中的应用系列讲座(二)——生殖健康方面应用

通过3个具体应用实例,介绍了非损伤微测技术在生殖健康研究领域的应用。

非损伤微测技术在细胞生物学研究中的应用系列讲座(三)——感觉与神经系统方面应用

通过三个具体应用实例,介绍了非损伤微测技术在感觉与神经系统研究领域的应用。

非损伤微测Zn^2+选择性微电极的研发及应用

非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology,NMT)是一种通过微电极实时测定进出活体材料离子和小分子流速的技术,已广泛应用于植物的生长发育和逆境胁迫等研究领域中。目前该技术专用的重金属微电极种类非常少,因此其在重金属胁迫研究中的应用也受到了限制。本文在前期工作的基础上开发了一种基于非损伤微测技术的Zn^2+选择性微电极,首次实现了活体条件下植物根际Zn^2+离子流的实时、动态检测。研发的微电极在去离子水中对Zn^2+的线性响应范围为10^-6~10^-1 mol/L,能斯特斜率为30.2mV/decade(浓度每增加或减少10倍电位值的变化),响应时间t95%≤1s,正常工作pH范围为3.5~7.0;在简易模拟土壤溶液(0.1mmol/L Ca(NO3)2、0.1 mmol/L KNO3、0.1 mmol/L Mg(NO3)2和1 mmol/L NaNO3)中,其线性响应范围变为5×10^-5~10^-1 mol/L,能斯特斜率为28.1mV/decade,对土壤溶液中的共存阳离子具有较好的抗干扰性。利用构建的非损伤微测Zn^2+选择性微电极对Zn/Cd超积累植物伴矿景天(Sedum plumbizincicola)根际不同微区的Zn^2+离子流进行了实时检测。该技术的成功研发为活体条件下深入认识Zn^2+在植物根际的微界面过程与机制提供了一种强有力的研究手段。

非损伤微测技术在植物生理学研究中的应用及进展

非损伤微测技术(NMT)是一种选择性微电极技术,可以在不损伤活体样品的情况下获得进出样品的各种离子或分子浓度、流速及其三维运动方向的信息。该技术具有非损伤性、长时间、多电极、高分辨率、高灵敏度、多角度测量等优点,可获得其他技术难以测到的生理特征和生命活动规律,从而在理论研究和应用领域产生实质性的突破。本文综述了近年来NMT在植物营养调控、抗病性、抗盐碱、抗旱、抗冷、抗重金属毒害等方面的应用及其进展,并展望了NMT在植物生理学研究中的应用前景。

非损伤微测技术在植物根系生长发育研究中的应用

进出组织和细胞的无机离子的运输对植物生命极为重要。膜片钳和荧光成像等传统方法技术要求高、设备要求先进且测得的数据很难直接用于样品植株上。"非损伤微测技术"因其具有非损伤性、高的时空分辨率的特点,使其可以在不破坏样品的前提下测到样品的生理特征和生命活动规律,测得的数据生理真实性高,可以直接应用于样品植株上。文章较详细地介绍了运用非损伤微测技术,尤其是用于测量离子流的SIET技术和MIFE技术,及其在测量植物根部净离子流量以研究植物根系生长发育的一些报告。

非损伤微测技术在植物生理生态学研究中的应用进展

非损伤微测技术(NMT)作为一项原位动态检测进出活体植株各种分子/离子流动速率和三维运动方向的微电极技术,以完全无损伤方式获取生物样品的实时生理生态信息,对于研究植物体生命活动规律以及植物与环境间的互作关系具有重要的生物学意义.本文综述了NMT在植物生理生态学领域内研究中的应用进展,主要集中于植物蛋白质功能、光合/呼吸作用、营养代谢调节机制、抗逆生理,以及植物生长发育过程、与微生物互作、生态适应性等方面.在研究植物抗逆生理方面,NMT可直观解析植物体内特定离子流的平衡转运过程,促进了植物的抗性性状信号的表达,有助于科学选育抗性优良植物品系;在植物生长发育阶段,离子流的检测能够在微观尺度上研究植物吸收营养的动态过程以及植物正常生长的稳态的内在调节模式;植物的生态适应性主要体现在NMT为剖析不同个体植物的生态耐受机理提供了生物技术支撑,进而可利用超富集植物进行土壤修复与改良.目前NMT自身仍存在局限性,尚未能全方位系统性解析植物的演化进程,在植物体结构与功能方面的应用研究亟待完善.因此积极密切生物学、生态学、环境科学等学科间的综合联动,逐步完善构建动态连续性的NMT分析植物形态结构与生理功能相关信息的技术体系,加强NMT与其他分析技术的结合应用将成为今后的应用研究重点.

非损伤微测技术及其在环境科学领域的应用

非损伤微测技术(NMT)主要是通过计算机控制选择性微电极,测量距被测物几微米处两点的电压,然后通过校正曲线、Nernst方程和Fick第一扩散定律公式换算出离子或者分子的移动速率。它具有保持样品完整性、时间空间分辨率高及可同时测量多个位点的优势,可用于生物体内分子或者离子流实时测量。本文概述了NMT在环境科学领域应用原理与特点,就该项技术在重金属污染土壤植物修复机理、植物抗土壤盐渍化和水环境生物监测等方面的应用进行了综述,并指出该技术在环境科学领域应用的不足与前景。

非损伤微测技术实时检测海马脑片跨膜钙离子流

脑内β-淀粉样蛋白(amyloid-βprotein,Aβ)的聚集是阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)的重要病理特征。Aβ的神经毒性作用机制与其扰乱神经元Ca^(2+)稳态有密切关系。非损伤微测技术(non-invasive micro-test technique,NMT)是近年发展起来的一种利用Fick第一扩散定律和Nernst方程,通过非接触方式检测膜外扩散电位获取离子跨膜流速的最新技术手段。本研究在C57BL/6小鼠海马脑片,利用NMT首次检测了Aβ对谷氨酸(Glu)诱发的Ca^(2+)内流以及细胞外低钙引起的Ca^(2+)外排的影响,并初步探讨了Aβ扰乱神经元Ca^(2+)稳态的相关机制。结果显示:(1)急性给予Glu可诱发海马脑片CA1区神经元产生起始快、继而缓慢衰减的持续性内向Ca^(2+)流;(2)Aβ预处理浓度依赖性地增强海马神经元对Glu的反应性,显著提高给药后5 min内Ca^(2+)内流的平均流速,而NMDA受体拮抗剂D-APV可有效阻断Aβ对神经元Glu反应的这种易化作用;(3)用低钙人工脑脊液急性灌流脑片可引起海马CA1区神经元产生持续的外向跨膜Ca^(2+)流,其大部分可被特异性Na+/Ca^(2+)交换体抑制剂KB-R7943所阻断;(4)Aβ预处理可部分抑制低钙人工脑脊液引起的Ca^(2+)外排。这些结果表明:Aβ引起的细胞内Ca^(2+)超载不仅涉及到Ca^(2+)内流增加,也与其对Ca^(2+)外排的抑制有关;Aβ易化Glu的兴奋毒作用主要是通过NMDA受体介导的,其抑制Ca^(2+)外排的靶点主要是Na+/Ca^(2+)交换体。NMT具有操作相对简单、实时获取结果、非损伤的优点,适用于脑片Ca^(2+)内流和Ca^(2+)外排的长时间测定。因此,本研究不仅为解释Aβ所致Ca^(2+)超载的神经毒性机制提供了新的实验证据,也为开展跨膜Ca^(2+)信号转导机制的脑研究提供了新的技术方法。

非损伤微测技术及其在生物医学研究中的应用

“非损伤微测技术”或称“无损微测技术”是上世纪末产生的一种用非损伤性的方法获取物体表面特异性离子和分子动态信息的新技术平台。该技术平台是微电子、计算机、精密机械加工、物理、数学、高分子化学、纳米技术及光学显微技术等多学科优秀成果的集成。“非损伤微测技术”可使研究人员在被测样品上获得其他技术难以测到的生理特征和生命活动规律,从而在理论研究和应用领域方面产生实质性的突破。“非损伤微测技术”平台还可以方便地与细胞和分子生物学技术、其他电生理技术和显微荧光成像技术配合使用,从而更全面地揭示各种生命现象及其本质。目前,“非损伤微测技术”平台已被多家科研机构、医院和制药公司所采用,其应用范围涵盖了生物学、生理学、神经生物学、环境科学、药理学、材料科学等诸多领域。文章较详细地介绍了非损伤微测技术及其在生物医学中的应用,其中包括植物、动物研究领域中与生物医学相关问题研究中的应用以及与其他技术结合的应用等。

非损伤微测技术(NMT)在环境保护研究中的应用

非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technology,NMT)具有活体、实时、非损伤、检测指标多、检测样品种类多等优势,是目前植物生理功能研究的最佳工具之一。本文综述了非损伤微测技术在重金属污染和土壤盐渍化研究中的应用,并提出了非损伤微测技术在环境保护研究中的问题与前景。

蜜环菌菌索形成及分支过程中钙离子流的非损伤微测

为研究蜜环菌Armillaria mellea菌索形成及分支与钙离子的关系,以菌株Armillaria mellea 541为试验材料,采用离子非损伤微测技术,对在马铃薯琼脂糖培养基(PDA)、含0.2 g/L CaCl_(2)的PDA和NADPH氧化酶抑制剂200μmol/L氯化二亚苯基碘鎓(Diphenyleneiodonium chloride,DPI)PDA上培养的蜜环菌菌丝及菌索顶点、菌索分支点和成熟菌索与微环境间钙离子流进行测试。结果表明:菌株A.mellea 541菌丝和菌索的生长及菌索分支均与钙离子相关。添加0.02%CaCl_(2)或200μmol/L DPI后,菌丝及菌索生长速度均加快,菌丝及菌索顶端钙离子内流;0.2 g/L CaCl_(2)能够促进菌株A.mellea 541菌索的形成和侧向分支,菌索数量和分支数量均显著增加,成熟菌索及菌索分支处均外排钙离子;200μmol/L DPI则抑制菌索形成及侧向分支过程。推测钙离子与活性氧可能协同调节菌索分支。试验结果为深入揭示蜜环菌菌索形成及分支的机制提供了数据支持和研究方向。

茶树氮吸收效率的早期鉴定技术研究

氮是植物生长的重要营养元素,在茶树栽培过程中常需施用大量氮肥,不仅消耗大量的资源,施用不当还会造成一系列环境问题。培育氮肥高效利用的茶树品种是解决这一问题的重要途径,而建立快速筛选高效株系的早期鉴定方法对于缩短育种茶树育种年限具有重要意义。本研究分析龙井43(LJ43)和中茶108(ZC108)两个茶树品种在不同氮素水平下对氨态氮和硝态氮的吸收与利用数据,通过与^(15)N同位素标记技术的比对,验证非损伤微测技术(NMT)和实时荧光定量(qRT-PCR)技术在早期鉴定茶树株系氮素吸收利用能力方面的可行性与实用性,以期建立茶树氮吸收效率的室内早期鉴定技术。试验结果表明,^(15)N同位素标记技术的稳定性和可重复性分别为89.51%、99.26%,而NMT的稳定性、可重复性分别为95.22%、96.76%;两种方法测定结果均显示茶树具有明显的喜铵特性;硝酸根转运蛋白基因CsNRT3.2和CsNRT2.4在两个品种中均表现出诱导上调表达效应,相比中茶108,龙井43中CsNRT2.4和CsNRT3.2具有更高的表达量,表明LJ43对外界氮源的响应高于ZC108。综上所述,认为NMT技术可在短时间内处理并测得茶树的瞬时吸收速率,且试验材料损耗少,可以用于茶树氮瞬时吸收速率的早期鉴定;CsNRT2.4和CsNRT3.2的表达量一定程度上反映了茶树对硝态氮吸收的能力。本研究可为氮高效茶树品种的早期鉴定技术建立提供依据。

葡萄糖诱发小鼠胰岛β细胞氢离子流改变的测定

目的:实时记录C57BL/6J小鼠胰岛β细胞原位状态下的氢离子(H+)流,观察其在葡萄糖刺激下的改变,以了解其在胰岛素分泌过程中的作用。方法:取8周龄雄性C57BL/6J小鼠,急性分离胰岛,置于含10%小牛血清的RPMI1640培养基中孵育12h,应用非损伤微测技术检测20mmol/L葡萄糖对胰岛β细胞H+流的影响。结果:胰岛原位β细胞有基础性H+外流存在,检测48个胰岛的β细胞H+流,测得基础流速为(0.0205±0.0019)pmol/(cm2·s),葡萄糖刺激后的流速增加为(0.0519±0.0063)pmol/(cm2·s),差异显著(t=33.128,P<0.05)。结论:通过非损伤微测技术,首次实时记录到胰岛β细胞原位状态下的H+外流,并发现其在葡萄糖刺激下的流速增加,为进一步研究胰岛β细胞H+流在胰岛素分泌过程中的作用提供了实验基础,对于深入探讨糖尿病的发生机制具有重要作用。

NaCl胁迫下‘心文41号’核桃的生理响应及耐盐基因表达

[目的]旨在研究不同NaCl胁迫条件下‘心文41号’(Juglans cordiformis‘Xinwen No.41’)核桃幼苗的生理特性及离子转运、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联信号基因表达的响应差异。[方法]采取盆栽控盐的方法,选择长势一致的‘心文41号’核桃幼苗作为试验对象,设置100、150、200 mmol·L^(-1)3个NaCl浓度进行处理,同时以清水作为对照组(CK)。经过20 d的胁迫处理,对幼苗的表型、光合等指标进行了测定,通过非损伤微测技术(NMT)评估了根系Na^(+)、K^(+)、H^(+)通量。提取叶片和根部的RNA测定MAPK级联信号传导和离子转运相关基因的表达。通过冗余分析(RDA)探究了生理指标与基因表达之间的相关性,旨在揭示心形核桃幼苗对盐胁迫调节机制的反应特征。[结果]随着NaCl浓度增加,心形核桃幼苗的根系体积和总生物量显著减少,叶片出现枯黄和萎蔫现象。光合生理参数(净光合速率、蒸腾速率和气孔导度)呈下降趋势,胞间CO_(2)浓度逐渐增加。叶片和根系中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,脯氨酸(Pro),丙二醛(MDA)和过氧化氢(Hydrogen peroxide,H_(2)O_(2))含量均出现不同程度的增加,根系中Na^(+)含量显著积累,随盐浓度增加其外排趋势明显,叶片中K^(+)外排和H^(+)内流以维持胞内渗透势的稳态。耐盐相关基因质膜Na^(+)/H^(+)逆向转运体(Salt Overly Sensitive,SOS1)在叶片表达量高于根系,液泡膜Na^(+)/H^(+)逆向转运体1(NHX1)呈先上调后下调的趋势,且液泡H^(+)-ATPase c亚基(VHA-C1)在根系中显著上调。在100 mmol·L^(-1)NaCl浓度胁迫下,WRKY65(WRKY transcription factor 65)、MKK9(Mitogen-activated protein kinase kinase 9)和MPK3(Mitogen-activated protein kinase 3)基因的表达呈上升趋势,且叶片中的表达量显著高于根系。[结论]NaCl胁迫条件下,心形核桃根系受胁迫影响大于叶片,JrSOS1、JrNHX1、JrNHX2与抗盐能力密切相关,是作为抵御盐胁迫的关键基因。