《NMT 通讯》第二期
41
胡雪菲
东北农业大学，666303
摘要：
非损伤微测技术（
Non-invasive Micro-test Technology
：
NMT
）是测量活体材料外部离
子流速的重要技术，对植物生命科学有着重大意义。自非损伤微测技术引入我国，我国的科
学家们已广泛的进行应用，已取得了大量的科研成果。许卫峰教授在非损伤微测技术的帮助
下，获得了节水、节碳的水稻株系；张金林教授将其深入应用在耐盐草种的选择上；非损伤
微测技术在种业也有一定的价值。结合实践经验以及所学知识，本实验室将计划利用非损伤
微测技术，验证
LcOSCA1.5
基因对碱胁迫下转基因水稻气孔的影响以及该基因对渗透胁迫
的感知。文章最后提出实验过程中所遇到的问题。
关键词：
非损伤微测技术 钙离子
OSCA
碱胁迫
一、非损伤微测技术简介及发展历程
非损伤微测技术（
Non-invasive Micro-
test Technology
：
NMT
）是一种超高灵敏度，
非接触方式、以流速为单位，检测材料外部
离子分子浓度及其梯度的技术。目前可测
离子分子有：
H
+
、
Ca
2+
、
K
+
、
Na
+
、
Cd
2+
、
Pb
2+
、
Cu
2+
、
NH
4
+
、
NO
3
-
、
Cl
-
、
Mg
2+
、
IAA
、
O
2
、
H
2
O
2
、膜电势。主要应用于生命
科学和材料科学两个领域。具有活体检测、
实时 / 长时间检测、无需任何荧光或放射性
标记、
1
维，
2
维，
3
维测量、精准可控材
料外部微环境、不受材料大小尺寸的限制、
揭示离子分子运动的大小和方向、多离子多
分子自由组合同时检测、人工智能与高通量
自动化检测等诸多优势，对科研领域有着重
大意义。
以植物生命科学为例，离子和分子稳
非损伤微测高研班学习引发的思考
态是所有生命的共同基本特征之一，且是一
种动态平衡。离子和分子流动状态高度反映
了植物在各种环境下的生命状态。非损伤微
测技术则通过检测这些跨膜运动离子分子形
成的浓度梯度，揭示活体材料的离子分子稳
态这一生命基本特征，及其相关的生理功能
与机制。有助于发现不同条件对离子分子稳
态的影响、阐明与各项生理机制及功能之间
的关系、发掘生理水平生物标志物的有效手
段、揭示与外界环境进行物质和信息交换的
过程、是连接各组学的生理功能的桥梁。
非损伤微测技术 (
NMT
) 自从
1974
年
美国海洋生物学实验室（
MBL
，
Marine
Biological Laboratory
）的神经科学家
Lionel F.
Jae
提出原初概念，到
1990
年成功应用于
收稿日期：
2022-12-05
编辑作者
E-mail: yanhan@nmtia.org.cn
高级研修班结业心得
《NMT 通讯》第二期
42
测定细胞的
Ca
2+
流速，已经解决了众多科
学问题。今天，非损伤微测技术在生命科学、
环境科学、材料科学等领域广泛应用，在国
际顶尖杂志《
Science
》（ 封 面 ）、 《
Nature
》、
《
PNAS
》、《
Plant Cell
》、《
Environmental
Science & Technology
》等发表了大量科研成
果。
2011
年，美国扬格公司推出了在中国
组装的非损伤微测系统，推动了非损伤微测
技术在中国的普及。我国中科院大学、中国
农业大学等诸多科研院所已安装投入使用该
仪器多年，非损伤微测技术，已成为不可或
缺的植物生理分析仪器。
二、非损伤微测技术植物生命领域应
用实例
非损伤微测技术基于活体离子分子流速
检测手段，有效突破了植物生命领域多个研
究方面的技术瓶颈。植物领域科研工作者们
利用非损伤微测技术验证转运体基因功能、
探究盐碱胁迫下钠钾离子稳态、解读生物与
非生物胁迫下植物的钙信号传导、监测重金
属抗性与富集转基因植物的重金属流速变化
等等。中关村
NMT
产业联盟的高级工程师
以及非损伤微测技术应用的科研前辈在实验
设计以及技术应用方面给予了我们许多启
示。
福建农林大学的许卫峰教授，以第一作
者与通讯作者
Nature Communications
、
Plant
Physiology
、
PlantCell and Environment,New
Phytologist
、
Trends in Plant Science
、
ISME
、
Cell Reporter
、
Science Advances
等
高影响学术文章
50
余篇，利用非损伤微测
技术鉴定了
AHA
基因功能，进一步研究了
其与向水性与根鞘形成的关系，获得了可节
水、减少甲烷排放水稻株系，为我国农业和
生态环境做了巨大贡献。
兰州大学的张金林教授，在
Plant and
Soil
、
Journal of Plant Physiology
、
Functional
Plant Biology
、
Journal of Plant Nutrition and
Soil Science
、
Crop and Pasture Science
、
Biological Trace Element Research
、
Acta
Physiologiae Plantarum
、
Journal of Rangeland
Science
、
Sarhad Journal of Agriculture
、
Journal of the Chemical Society of Pakistan
等
期刊发表论文
170
篇，为我们讲述了盐胁迫
钠离子毒害、钾离子亏缺等对植物的危害，
讲述了如何借助非损伤微测技术筛选保钾排
钠的优质耐盐草种，一定程度上揭示了牧草
耐盐机理，为盐胁迫研究提供了新的思路。
种子是重要的农业生产的基本生资料，
种子活力是种子重要的品质。选择生活力强
的种子，有助于提高出苗率、抵御不良环境、
提升竞争能力、增强作物产量、提高耐藏性。
以往的红四氮唑
( TTC)
染色法、靛红染色法、
碘化钾反应法，都会对种子有一定程度的损
伤。马跃工程师向我们介绍了如何用非损伤
微测技术测定种子活力。实验结果表明高活
力种子的
H
+
外流平缓，变化幅度小，而低
活力种子的
H
+
外流剧烈，变化幅度大；高
活力种子的
O
2
活性表现平缓，变化幅度小，
而低活力种子的
O
2
活性表现剧烈，变化幅
度大。因此
NMT
为活力的检测提供了新方
法，也为生产实践、种质资源的保护、种子
的检验检疫提供了新手段。
高级研修班结业心得
《NMT 通讯》第二期
43
三、非损伤微测技术应用设想
随着对非损伤微测技术不断深入的了
解，结合自己科研方向，我有一个初步的实
验设想。
我们在苏打盐碱地的优势草种
--
羊
草中，筛选出了一系列特异耐碱基因，
其中一个基因名为
LcOSCA1.5,
为拟南芥
AtOSCA1.5
的同源基因，
AtOSCA1.5
已报道
为新型机械力敏感的钙离子通道。
OSCA
家
族蛋白可感受环境渗透压的改变，打开通道，
使得钙离子迅速进入胞质。钙离子作为第二
信使，对植物的生长发育以及外界信号响应
具有重要调控作用。当植物受到生物与非生
物胁迫伤害时，细胞内钙离子浓度迅速增加，
诱发钙信号，完成膜外信号传递进膜内的过
程
[1]
。这些钙信号由细胞内钙离子感受器
解码，继而引起细胞内各级复杂的防御调控
机制，从而减少胁迫所带来的伤害。我们为
了探究
LcOSCA1.5
基因功能，将该基因转
入到模式植物水稻中，通过野生型和过表达
水稻的比较，进行进一步的实验。
参照
AtOSCA
基因家族的研究成果，该
基因家族在盐胁迫下所感受的是机械压力而
非钠离子；
AtOSCA1.3
基因通过影响保卫细
胞钾、钙离子流动，影响保卫细胞开合，从
而影响突变体拟南芥的光合作用。我们做了
以下猜想，
LcOSCA1.5
在羊草碱胁迫应答中，
是不是受到的也只是机械渗透压力，这种压
力与外界渗透压强度有怎样的关系，过表达
LcOSCA1.5
会不会通过影响转基因水稻气孔
运动，提高水稻的光合能力。所以我们将会
研究以下几个实验内容：首先探究同渗透压
强度的甘露醇、山梨醇、
NaCl
、
NaHCO3
处
理的野生型与转基因水稻钙离子流速的变化
程度，分析该基因对这四种处理的响应异同，
解析
LcOSCA1.5
是否只与渗透压强度相关；
接着采用不同渗透压强度的甘露醇处理野生
型与转基因水稻钙离子流速变化，探究该基
因与渗透压强度的关系；再比较转基因和野
生型水稻保卫细胞钙离子、钾离子流速，分
析该基因对保卫细胞开闭的影响。从而解析
LcOSCA1.5
的功能以及作用特点。为我们研
究碱胁迫下的信号转导过程及应答提供了一
个新的思路。
四、实验过程中的问题
目前我参与过三次杨树抗重金属基因
验证的非损伤微测实验、参与过两次拟南芥
耐碱机理的非损伤微测实验、一次拟南芥
ABA
信号应答基因的非损伤微测实验、参
与过团体标准《基于非损伤微测技术的拟南
芥根毛细胞硝态氮和铵态氮吸收检测方法》
的起草，但我的实验设计仍有待完善。由于
我常认为分生区是植物根系最活跃的部位，
每次实验，我都选择在根部分生区进行测量，
幸运的是，每次都会有一定程度的差异。但
就实验材料测量部位的选择上，我总有些疑
惑。各物种、离子是否有一定的规范或规律
性，确定测量部位是否有一定的试验规范步
骤。
还有就是，通常实验需要，我可能会改
变规定测试液的成分，我将如何确定更改的
测试液是否符合测试标准。
高级研修班结业心得
《NMT 通讯》第二期
44
最后，离体根系测量是否会影响实验结
果，如果一定时间内不会受到影响，这个时
间又该如何界定，每个根系的离体时间是否
需要完全一致。
希望在我不断地实验，不断地学习，以
及在非损伤微测技术产业联盟的帮助下，我
可以更加规范的实验，更好地发挥非损伤微
测技术功能。
参考文献：
1.
许越等，
NMT
实验指南，
2022
年
9
月。
2.Li J, et al. The uxes of H
2
O
2
and O
2
can be
used to evaluate seed germination and vigor
of Caragana korshinskii. Planta, 2014, 239(6):
1363-1373.
3.
包玲玲，张汉马，南文斌，钙信号与植
物低温响应研究进展，中国农学通报，
2016,32(13):103-109
。
4.Swetha E Murthyet al.OSCA/TMEM63
are an evolutionarily conserved family of
mechanically activated ion channels.Structural
Biology and Molecular Biophysics
2018;7:e41844.
（责任编辑：李雪霏）
高级研修班结业心得
