近红外探针原位监测植物组织过氧化氢：开启植物应激研究新视野

植物遭受生物和非生物胁迫时，H2O2会过量积累引发氧化应激。研究人员开发萘基荧光素近红外荧光探针（NAPF-AC）检测 H2O2。该探针灵敏度高、选择性好，能原位检测植物组织 H2O2，为研究植物生长和应激机制提供新工具。

　　在植物的生长历程中，它们时刻面临着各种挑战。当遭遇干旱、高盐、低温等非生物胁迫，或是受到病原体侵袭等生物胁迫时，植物体内的代谢进程就像被打乱节奏的乐章，陷入混乱。在这混乱之中，过氧化氢（H₂O₂）的积累问题尤为突出。H₂O₂在植物体内扮演着极为复杂的角色，适量时，它是细胞内重要的信号分子，能帮助植物应对外界刺激，激活防御机制；可一旦过量，就如同脱缰的野马，会对细胞的 DNA、脂质和蛋白质造成严重破坏，甚至导致细胞死亡。所以，准确监测植物体内 H₂O₂的变化，就像是掌握了一把了解植物生长和应激反应机制的钥匙，至关重要。

然而，传统的 H₂O₂检测方法，比如电化学传感、比色法、组织化学试剂以及碳纳米管等纳米传感器，都存在着不少缺陷。这些方法有的准备生物样本过程繁琐，耗时费力；有的会对原始样本造成潜在危害；还有的成本高昂，灵敏度却不尽人意。更麻烦的是，由于 H₂O₂活性很高，用常规的组织学和生物分析技术很难在不破坏植物组织的情况下，原位测定其在不同组织中的含量。因此，研发一种灵敏、准确、高效且能原位检测的新方法迫在眉睫。

东北林业大学的研究人员勇挑重担，开启了攻克这一难题的征程。他们成功开发出一种基于萘基荧光素的近红外荧光探针（NAPF-AC），专门用于灵敏且选择性地检测 H₂O₂。这一成果意义非凡，它为研究植物体内 H₂O₂的动态变化提供了强有力的工具，也为揭示植物生长调控和应激反应的分子机制带来了新的曙光。该研究成果发表在《Food Chemistry》杂志上。

研究人员开展这项研究主要运用了以下几种关键技术方法：利用核磁共振光谱仪（NMR）和高分辨率质谱仪（HRMS）对探针进行结构表征；通过荧光分光光度计和紫外 - 可见分光光度计分别测定荧光光谱和紫外 - 可见光谱，以此分析探针与 H₂O₂作用后的光学变化；运用荧光成像技术，实现对植物组织中 H₂O₂的原位监测。

下面我们来详细看看研究结果：

• 探针设计与理论分析：探针 NAPF-AC 是在 NAPF-OH 的羟基上连接乙酰氯设计而成。通过在荧光素主链的二苯并呋喃系统两侧延伸苯环单元，成功将发射波长拓展到近红外区域。乙酰氯既是 H₂O₂的识别基团，又能作为荧光猝灭剂抑制分子内电荷转移（ICT）过程，使得 NAPF-AC 在未与 H₂O₂反应时荧光微弱。
• 探针性能研究：NAPF-AC 在 H₂O₂浓度为 0.1 至 100 μM 的范围内，展现出极佳的线性关系（R² = 0.998），检测限（LOD）低至 0.05 μM。并且，它能在 10 分钟内对 H₂O₂作出快速响应，在 665 nm 波长处荧光显著增强，比普通荧光素染料（发射波长约 520 nm）长出约 150 nm。这一近红外荧光信号有效避免了植物自身荧光的干扰，提高了成像质量，还增强了穿透植物组织的能力。
• 植物组织检测应用：研究人员利用 NAPF-AC 成功实现了对植物组织中 H₂O₂的原位检测。这意味着该探针能够在不破坏植物组织的前提下，实时监测植物在遭受胁迫时体内 H₂O₂的变化情况，为深入研究植物应激反应提供了有力的技术支持。

综合研究结论与讨论部分，NAPF-AC 探针具有高灵敏度、高选择性和快速响应的特点，其近红外发光特性极大地提升了在植物组织检测中的性能。这一成果不仅为研究植物体内 H₂O₂的动态变化提供了全新的技术手段，也有助于科研人员更深入地了解植物生长和应激反应的内在机制。从实际应用角度看，它为农业生产中评估植物健康状况、应对环境胁迫提供了科学依据，有望推动精准农业的发展，帮助农民更好地保护作物，提高农作物产量和质量，在生命科学和农业领域都具有广阔的应用前景。