如果要进行植物激素分子通信的实验分析在实验阶段就需要对植物激素进行探测从而验证仿真结果的正确性所以需要了解植物激素体内探测方法这篇综述论文总结了常见的几种方法但不够全面截止2026年又有了很多新的方法。以这篇论文为例可以对基础的体内植物激素检测的方法有大致的了解。思维导图;一、引言激素的主要种类有赤霉素(GA)[6]、生长素[7]、脱落酸(ABA)[8]、水杨酸(SA)[9]、细胞分裂素(CTK)[10]、乙烯[11]、油菜素类固醇(BR)[12]、多肽激素、三七内酯(SL)[10]和一氧化氮[1]。由于其不同的特性和痕量的存在检测方法还需要各种仪器和制备方法这使得科学家们发现了无数的分析技术。由于许多原因许多科学家认为植物激素检测至关重要最重要的是发现新的激素及其代谢物并追踪特定细胞内特定激素的存在[13]。随着科学研究的发展测定植物激素和其他元素的分析技术已分为准确、快速和灵敏的方法[14]。现有的分析技术受制于常规的检测方法。生物分析、免疫分析和层析技术涉及广泛的样品准备步骤如提取、浓缩和纯化[15]。此外这些技术还不足以将分子分离出来并在它们在植物组织中存在的最低点进行测量。现代方法已经确定了检测方法的质量和灵敏度方面这些方法已经将实验室转变为光谱学、生物传感器、电化学传感器和可穿戴设备[1617]。通过允许在单个组织水平进行选择性和灵敏的检测这些方法显著提高了检测极限和样品回收率[18-20]。Nuclear magnetic resonanceNMR核磁共振(核磁共振)[21]、mass spectrometry质谱学(MS)[22]和Raman spectroscopy拉曼光谱[23]是光谱学中最著名的现代检测方法。核磁共振很擅长使用但MS经过改进的技术可以在一个简单的基质中进行识别和定量专门用于检测微量植物激素。使用适体的表面增强拉曼光谱(SERS)已经详细阐述了用于检测植物激素的更显著、更灵敏和更可重复性的结果[2324]。随着检测效率的提高生物传感器可以采用体内测定的方法来定位代谢物和激素活性的底物、受体和转运体。采用体内技术的生物传感器是Claymore它提供时间和空间数据并识别缺失的过程、组件和信号网络[2526]。特别是基因编码的生物传感器具有提供细胞和亚细胞分辨率的能力并可以检测活细胞中植物激素浓度和分布的快速变化[27]。Electrochemical detections电化学检测最常用于确定个别植物不同区域的生长素激素浓度[2829]。当所需的样品溶液体积为10毫升[30]时定量水平可达到纳克的最低水平。具有碳纳米管的导电碳带电极被开发用于具有多通道电化学站的纸基分析仪器以定量盐度条件下的激素水平[31]。同时随着在线数据可用性和即时移动通信的涌入基于计算机和人类的可穿戴传感器的交互也在成倍增加。各种可穿戴传感器也是人体检测技术的一种用于早期检测[32]。大多数植物可穿戴设备由生物传感器、光学传感器和光谱概念制成用于监测外部因素模拟植物内部的变化。与可穿戴传感器wearable sensors连接的活植物可以检测由于植物面临的外部因素而发生的内部生化过程和细胞变化[33]。安装在叶片表面的气体传感器可以检测到气孔同时进行的气体交换。这些分析最终为连续的植物观察提供有关植物内部条件和生理的数据[34]。基于植物的传感器可以安装在田间用于现场和植物细胞内的活激素检测以持续观察发生在植物中的生物和非生物效应。监测小鼠体内神经活动的注射器可注射网状纳米电子可穿戴设备[35]可能以毫秒的时间分辨率记录植物信号分子的快速波。总而言之光谱学、生物传感器和电化学传感器被用来检测不同的植物激素具有特定的准确性和期望的结果但它们的处理和样品制备对使用具有挑战性。像可穿戴设备这样的分析方法正在进步而且更容易使用并产生实时和同步的结果。有许多在体内和体外测量植物激素的方法(表1)。体外研究相对便宜、可靠和有效。采购很简单但由于其固有的无法捕获细胞内复杂的新陈代谢和生化过程而较难翻译。体内研究可以更精确、更准确和更灵敏地阐述安全性、毒性和实时疗效。这两种方法都有各自的优缺点都有足够的安全性、有效性和数据质量但体内技术的结果更具体和详细。此外体外方法的结果将通过活体方法在活体志愿者身上得到证实[36]。深入的文献研究显著地提出了本文的主要目的指出1)光谱学、生物传感器、电化学传感器和先进的超灵敏非破坏性方法在活体植物激素检测中的应用及其优缺点。2)寻找用于体内激素检测的新型超灵敏无损传感器的研究空白。此外光谱、生物传感器、电化学传感器和先进的超灵敏方法在检测植物激素方面的效率、精度和快速性也很重要本文对此进行了讨论。此外为了讨论关于多年来发表的统计数据的信息科学网提供了显示植物激素检测领域如何发展的信息但关于“活体内植物激素检测”的出版物数量非常有限(图1)。本文对植物体内激素的检测方法进行了综述首先介绍了光谱学、生物传感器、电化学传感器和新型超灵敏无损检测仪器的原理、仪器及其在体内检测中的应用。其次对植物传感器的器件设置、传感机理和传感性能进行了较为清晰的描述给出了论文的研究方法。此外我们还重点介绍了几个基础研究说明了它们在活体植物研究中的检测范围。此外我们还讨论了在农业部门使用最先进、最精确、最具成本效益、最持久的超灵敏植物传感器的必要性。为了结束我们的讨论我们提供了具有更高时间分辨率的便携式、敏感和无损测试技术的具体示例并表达了它们的未来前景。二、植物激素植物生物分子负责植物体内发生的巨大生理活动。主要的生理责任包括光合作用、生长、对压力的反应、繁殖、长寿和衰老[90]。植物激素调节这些活动是帮助植物应对环境刺激的次生代谢的产物。植物激素主要分为生长素、脱落酸、细胞分裂素、乙烯、赤霉酸和油菜素甾体六大类。茉莉酸和木内酯是这一列表中的新成员(图2)。工厂里的生产现场。这是影响根伸长的关键因素。此外生长素刺激乙烯的产生、细胞分裂和分化[92]。细胞分裂素在昆虫和害虫攻击期间的防御系统中至关重要并调节通过与水杨酸信号协调免疫系统。它们是在植物的根尖合成的增强了它们的抗旱能力。它们通过集中在根尖、叶子和种子上促进细胞分裂[93]。乙烯在植物中发挥着多种作用发育例如它会因停止生长而降低茎伸长率。然而它促进果实成熟、细胞生长和性别表达并调节植物的花形成阶段[94]。赤霉酸通常被认为是生长促进剂。它的存在增强了酶的活性影响了核酸的形成并促进了茎的伸长、开花、叶的展开和种子萌发等生长参数[95]。脱落酸有助于植物耐受环境胁迫并产生生理反应。此外它还通过调节根部营养生长和生殖生长来帮助提高作物产量和质量[96]。在生长素和赤霉酸存在的情况下油菜素类固醇会引起细胞分裂和伸长以帮助生长。此外它还刺激植物的光合作用、衰老、胁迫反应和乙烯合成[97]。植物激素的检测是必要的因为它们调节植物的生长和发育并产生必要的措施来抵御生物和非生物的胁迫刺激。植物激素的检测对于了解植物激素的产生部位、转运途径、沉积机制和部位具有重要意义。研究激素的信号转导途径及其非侵入性的定量分布有助于理解植物的生理化学过程。植物激素的体内传感方法由于其非破坏性能力而受到研究人员的关注。讨论了四种主要的方法包括光谱方法、生物传感器(具有生物成分的传感装置)、电化学传感器(具有电化学方法的传感装置)和其他先进的植物激素体内检测方法。三、植物激素的体内传感方法活体生物分析方法是在不从体内取出样本的情况下对活体生物执行的检测技术。体内和体外的检测方法不仅被认为难以单独使用而且许多传感器还没有采用体内检测植物激素。例如生物传感器和电化学传感器经常用于植物激素的体外和体外检测但体内检测需要使用光谱学特别是表面增强拉曼光谱和可穿戴设备。尽管这些技术不被认为是“无标记的”但它们在体内的应用可能会造成毒性相反生物相容元素已证明它们在某些科学领域中的体内使用特别是在医学分析中[98]。另一种符合体内技术的方法是通过细胞分辨率的整体器官成像和完整器官的显微轮廓来使体外组件成为必要而不是一层一层地解剖器官[99]。本文讨论了四种主要的植物激素体内检测方法包括光谱方法、生物传感器、电化学传感器和其他先进的方法。为了更好地理解读者在这篇综述中简要解释了设备设置、传感机制和传感性能。3.1.光谱方法Spectroscopic methods光谱学基本上是测量由于样品[100]中分析物的原子或分子的存在而产生的光谱。光谱由样品吸收或发射的强度辐射模式与波长或频率确定。捕获和分析光谱的仪器被称为光谱仪它具有一种选择性机制将光束分成多个波长以便只与特定波长的样品相互作用[101]。用来检测植物激素的最常用的光谱鉴定技术包括核磁共振(核磁共振)[21]、质谱学(MS)[22]和拉曼光谱[23]。3.1.1 核磁共振波谱Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)核磁共振被认为是一种强大的分析技术能够在任何介质状态下检测单个原子和分子无论是溶液形式还是固体形式[102,103]。它被用来为当今最常见的高场微波源即回旋加速器[104]提供动力。将红外光谱与核磁共振技术相结合提高了核磁共振对分子结构的完整分析效率。在样品中红外光谱仪用于识别官能团而核磁共振则确定其类型并无损地对原子和分子进行定量[105]。虽然核磁共振的检测能力对许多原子核都很好但它对碳氢组成的检测非常有效。核磁共振光谱学的基本模块由磁铁、射频振荡器、样品保持器、射频接收器(探测器和放大器)和记录器(图3)[106]组成。对于代谢组学的分析研究(图4(A))[107]和植物激素的活体检测核磁共振是一个非常强大和信息量很大的平台。在壳聚糖对植物激素和防御系统的检测研究中核磁共振检测到根系分泌物的动态变化在种植后20天内产生的信号最多(DAP)。将牙根分泌物分为两组在核磁共振下扫描256次。不同组别的灵敏度不同酚类组峰强度较低有机酸和氨基酸的峰较高。核磁共振信号显示在没有壳聚糖的情况下根分泌物中的寄生真菌增加了两倍根结线虫减少了1.5倍(图4(B))[108]。核磁共振只允许在一定程度上分析和量化磷酸化位点[109]。另一项研究建议在Brucker Avance-II 50 MHz光谱仪上获得~3H和~1H核磁共振谱作为选择性捕获和分析油菜素类固醇植物激素的一般程序。合成了三种标记的油菜素甾体激素并在核磁共振波谱中表达。通过~1H、标准谱和~3H核磁共振谱(320 MHz二甲基亚砜-d6)d3.68(1~3HS3b~H)的化学鉴定和比较报道了氚的同位素定量[22]。氢核磁共振波谱的研究利用Bruker Biospin Avance 400 MHz核磁共振仪测定鸡骨草的生物活性因子并评估其抗氧化能力。光谱从生物活性化合物中产生了几个信号并根据它们的化学位移值进行了分析(图5)。核磁共振氢谱还阐述和表征了许多其他次生代谢物。核磁共振波谱研究表明由于其抗氧化能力和丰富的主要植物化合物[110,111]杨梅可用于植物药物活性。核磁共振氢谱还通过提供分子鉴定在开发用于植物激素检测的选择性纳米传感器方面发挥了重要作用。纳米传感器是在电晕相分子识别(CoPhMoRe)概念的基本模型基础上逐步发展起来的。与费力和破坏性的方法不同这些纳米传感器对体内生长素的检测是非破坏性的。生长素及其衍生物被阳离子聚合物标记以检查传感器的选择性响应。用核磁共振氢谱分析了阳离子聚合物的纯度生长素及其衍生物的显著满意响应为51%因此核磁共振在提供结构信息方面是非常有效的例如识别结合激素中的官能团或糖的位置。对于具有分析溯源能力的小分子核磁共振具有高度的可预测性。它也是一种非破坏性的方法分辨率好灵活性高。然而核磁共振检测的一些限制包括耗时、相当昂贵的材料、无法区分相同的化合物以及最重要的是准确度较低。核磁共振波谱的灵敏度也很低只有1毫米安。与MS相比MS能够以~103e104的分辨率识别股骨摩尔到阿托莫尔范围内的代谢物[113]。这项技术仍处于开发阶段但许多发现使其在检测方法中得到了极大的应用。然而限制其使用的不可避免的事实是高磁场的存在这可能会对基于计算机的传感器和设备造成干扰[114]。3.1.2 质谱学Mass spectrometry这种分析方法根据离子在目标化学物质中的质量电荷比(m/z)来测量和识别化学和电场中的气体离子并将绘制的强度命名为质谱图[115]。1898年威廉·维恩通过解释磁场引起的带电粒子的偏转首次发现了质谱学。这种偏转是由J.J.汤姆森在1907年至1913年[116,117]随后的实验年中由于电场而进一步产生的。质谱学原理也解释了这种现象即有机或无机化合物的分析物通过电或磁方法电离并根据其m/z比进行分离并进行定性和定量测量[118]。MS的基本模块由五个部分组成(1)高真空系统(2)结合研究样本的样品处理系统(3)产生带电粒子形式的离子源(4)将束分离成其组件的分析器以及(5)收集分离的离子束的探测器(图6(A))[119,120]。MS具有全面的分离和高通量分析能力可以检测激素诱导的信号网络具有有效的分离和定性特征特定的荷尔蒙类别[121]。MS具有消除源自基于光的分析的假阳性信号的能力[122]。对胁迫条件下向日葵幼苗体内水杨酸类植物激素进行了检测研究。PT纳米花/ERGO微传感器分析记录了水杨酸类植物激素的高灵敏度和高选择性。微传感器的检测结果与超高效液-质联用检测水杨酸的结果一致检测范围为100 pm到1 mm检出限为48.11 pm(图6(B))[123]。电喷雾单四极杆MS是一种灵敏、准确的植物细胞分裂素的定量方法但这种色谱结合技术使其成为一种破坏性的方法。相比之下高效液相色谱-电喷雾电离串联质谱仪方法能够同时测定单个或多个类别的植物激素[124,125]。在另一种准确灵敏的离子俘获质谱仪检测方法中对四类植物激素进行了分析。在一次仪器运行中这种基于纳米流色谱的电离离子陷阱MS可以检测生长素、细胞分裂素、脱落酸和赤霉酸激素及其衍生物灵敏度提高了5e10倍最低可达亚毫微克分子范围[1,126]。MS的高灵敏度和高选择性同时建立了多种植物激素的定量图谱。MS是一种理想的可用仪器可以将分析物提取作为一种前处理方法而不会移除或破坏组织的巨大部分[127]。电膜萃取-高效液相色谱-质谱联用法测定了6种酸性植物激素检出限为0.1e10ngmL1[128]。荷尔蒙结构是单个蛋白质和蛋白质复合体的结果。一种名为免疫沉淀的技术随后通过串联质谱仪鉴定与膜相关的核、细胞质和蛋白质复合体这是一种体内方法[129]。采用在体固相微萃取技术一次性跟踪植物激素和药物通过激素反应确定应激症状。用卡马西平和布洛芬等药物对白果根和茎中的茉莉酸、水杨酸和脱落酸激素进行了跟踪研究。在体内固相微萃取过程中使用基于液相色谱的串联质谱仪(图7)对被分析物进行分析。根和茎的分析评价指标表现为高度灵敏R20.9955e0.9972检出限0.11e1.4 ng/g定量限0.35e4.8 ng/g[130]。MS在生活和日常科学的各个领域都有广泛的应用例如生物技术将MS用于蛋白质、多肽和寡核苷酸制药、临床和医学科学、环境科学、聚合物化学、食品化学和药物化学都受益于MS。MS在确定化合物的作用机制、活性部位鉴定、定量分析、药物的杂质分析、食品毒物检测、环境中的污染物检测、疾病诊断、类固醇、激素、蛋白质和酶检测等方面对它们有好处。质谱学区别于其他技术的基本优点是它的高灵敏度、小样本需求、时间效率以及区分原子同位素的能力。此外MS可以与其他技术结合使用例如层析技术以显示更高的灵敏度和可接受性。MS效率的某些缺点包括它只能处理自然界中的纯和挥发性化合物[131,132]。3.1.3.拉曼光谱Raman spectroscopy这是一种光谱学的散射方法涉及特定物质的光散射以提供关于分子结构和化学键的完整信息并识别分子[133]。拉曼散射基本上是利用物质在特定波长和偏振角的非弹性光散射引起的能量增益(反斯托克斯)和损失(斯托克斯)现象来进行检测最低可达单个分子水平[23]。通过这种惊人的能量变化也称为拉曼频移拉曼光谱被拉曼光谱检测到这提供了最终的分子指纹。拉曼光谱仪器的结构如图8(A)[134]所示。最近发表的一篇关于植物激素检测的综述详细阐述了表面增强拉曼光谱的使用它涵盖了拉曼光谱的总体效率[23]。然而拉曼光谱可以直接应用于现场分析(图8(B))[135]。为了有效地检测痕量植物激素的分子性质需要一种合适的底物来准备拉曼光谱的产生。由于由二氧化硅纳米颗粒和银纳米颗粒组成的复杂底物以乙烯为基础的双环糊精作为配体底物检测到了快速而精细的类黄酮激素拉曼信号。在底物上进一步创建了用于拉曼位移能量转移的热点以检测生存的黄酮类激素[136]。拉曼光谱也被用于体内的植物激素的检测。以聚二烯丙基二甲基氯化铵纳米探针为探针在SERS中实现了体内应激激素对创伤刺激的实时检测。在激发波长为785 nm的情况下这些纳米探针对三磷酸腺苷、吲哚3-乙酸和水杨酸激素产生了增强的表面增强拉曼散射信号。吲哚3-乙酸负责植物的生长发育和防御系统的主要因素导致在453,759和1359厘米1处的拉曼峰增加以对抗叶片伤害的反应(图9)。吲哚-3-醋酸的信号随着时间的推移而增加证明了在拉曼光谱中体内检测植物激素的效率。植物激素在应对多种生物和非生物逆境中起着至关重要的作用。用拉曼光谱对它们的化学活性进行了检测和定量。N6Benzylademine表明它的存在对植物的生长、光合作用、抗氧化活性和对多种逆境的耐受能力具有保护作用[137]。使用AuNPs胶体底物在复杂的基质中追踪到N6-苯基乙二胺从而实现了灵敏和快速的分析[138]。以聚(g-谷氨酸)为载体建立了纳米金固定化纸条法测定植物中极低浓度油菜素内酯的SERS方法。组合拉曼记者在遇到具有SERS活性的纳米结构植物激素时拉曼光谱的变化表明了微量激素[139]。同样当吲哚3-丁酸与Ehrlich反应结合时转化为拉曼活性共振分子从而实现了体内吲哚3-丁酸的超灵敏测定[79]。在活的生物体中激素通常由蛋白质和单细胞检测构成。通过开发4-巯基苯甲腈活化的SERS纳米探针可以实现对SERS的检测。这种探针通过体内检测准确地检测出血红蛋白从而提供了对单细胞的新见解[140]。两种B族维生素的低成本同时表征和检测导致了使用SERS指纹方法对分析物分子的灵敏识别[141]。表面增强拉曼散射检测显示纳米材料与目标的相互作用中检测极限的值有所增加。当以高灵敏度和高重复性分析儿茶素时在1018M的最低水平检测到了拉曼信号[142,143]。这些光谱技术在科学的各个领域都有大量的应用。随着周期阵列的广泛应用SERS衬底的开发正在迅速发展但仍需要开发具有稳定检测所需的相关衬底[144]。综上所述光谱分析用于定量和定性分析、酶测定、分子量测定、底物反应速率测定、酸碱离解常数测定以及底物测定经验公式中。3.2. 生物传感器Biosensors这种传感器被引入以将生物事件转换为可量化的信号并被命名为生物传感器。L·L·克拉克是生物化学家他于1950年发明了第一个生物传感器用来测定血液中的氧气水平。然而目前在检测机制方面有三代生物传感器可供使用。这些分析设备由传感器系统构成传感器系统包含生物和物理组件即换能器和放大器。这种生物成分可能由酶、核酸、抗体或激素组成因此生物传感器在农业、食品科学和污染控制的生态服务中有着广泛的应用。这些生物元素通过被测试的分析物进行通信传感器将生物回复转换为电信号的形式该电信号通过称为处理器的信号调节电路进一步放大(图10(A))[145]。根据用途生物传感器可以分为不同的类别例如共振镜、化学金丝雀、生物计算机、免疫、血糖仪、光电极还有生物芯片。这里有必要讨论生物传感器在体内检测植物激素的应用[146]。DR5是第一个检测植物激素的生物传感器开发于1997年[47]。对生物体内植物激素和其他分子信号通路的检测是通过遗传编码的生物传感器实现的。最初这些生物传感器是为动物设计的但现在已适应于植物研究[147]。这些植物激素生物传感器由两部分组成检测器和报告基因。这些生物传感器可以像在体内一样实时可视化和监测膜运输过程、植物激素、基因表达的可视化和植物调控过程(图10(B))[148,149]。PANT的调控过程由含氮和含磷的分子控制。这些分子是主要生物合成途径及其亚细胞定位的补充部分。有机和无机分子都是控制植物物理化学过程的激素和酶结构的一部分。基因编码的生物传感器特别是UMAMIT和FICRhR可以非常准确和精确地监测和研究这些分子的运输机制[150]。利用基因编码的生物传感器中的特定启动子来检测不同植物激素的信号响应即生长素的DR5rev和D2-Venus启动子细胞分裂素的TCSn和茉莉酸[56,151]的Jas9-Venus启动子。所有植物激素的作用原理都是相同的首先被跨膜或细胞内受体感知然后作为中间蛋白最后被转录因子感知。转录因子在报告基因存在的情况下控制植物激素信号通路的表达。生长素、赤霉素、茉莉酸和内酯由细胞内受体识别而跨膜受体则由细胞分裂素、乙烯和油菜素类固醇识别。通过使用转录传感器来监测激素诱导的转录活性[148]。为了监测脱落酸开发的生物传感器被命名为Abacus和ABAleon这是第一代传感器[152]。与同一代人一起开发了另一种检测赤霉素的传感器命名为赤霉素感知传感器1。算盘传感器对ABA的正比变化高达1.3通过将根暴露于ABA传感器的亮度增加了一倍(图11)[44]。用ABAleon传感器研究了幼苗根系对ABA的吸收。ABA从下胚轴到地上部和地上部到根的运输表明ABA在根伸长区的转运率高于成熟区。在下胚轴内部利用ABAleon传感器ABA激素以每分钟~16毫米的速度运输以对抗干旱胁迫。开发了一种名为赤霉素感知传感器1的光遗传生物传感器用于评估赤霉酸在拟南芥植株不同部位的时空分辨率和信号转导。植物不同部位的赤霉酸水平在有光或无光时都受光敏色素相互作用因子调节。这种传感器可以在光存在的情况下通过光敏色素相互作用因子促进赤霉酸的积累在分子框架内测定高达纳摩尔水平的赤霉酸[55]。此外基于亲和力的生物传感器还可以应用于体内植物激素的实时检测。在这种方法中微流控和微透析作为一种连续采样方法与检测平台相结合形成了一种实用的基于抗体的实时定量免疫传感器。在时间分辨率方面这些生物传感器的效率低于基于遗传的传感器尽管它们在动态范围内很好。然而采用石英晶体微天平测定生长素的竞争性免疫分析生物传感器并没有产生良好的时间分辨率。同样对于脱落酸的检测基于抗体的电化学阻抗电极虽然灵敏度范围为1nMe1mm[154]但时间分辨率慢依赖性差。不同的分析物变量转换电化学、比色或光学信号影响生物传感器结果的评估[155]。生物传感器已经产生了非常稳定、经济高效、灵敏、选择性、非侵入性、快速、定量和可重复性的结果。生物传感器的主要特点包括线性、灵敏度、选择性和所需的响应时间。此外生物传感器还适用于广泛的日常科学如医疗保健、代谢物测定、临床治疗和疾病诊断、工业加工和环境监测、军事、农业、制药和兽医应用。生物传感器的灵敏度可以通过将生物技术和微电子学相结合来提高这可以确定广泛的分析物即气体、有机化合物、细菌和离子[156]。3.3. 电化学传感器 Electrochemical sensors电化学传感器因其高灵敏度、高性价比、易操作、小型化和与其他技术相结合的潜力而成为理想的传感器。与其他技术相比电化学传感器被认为是活体植物单分子检测的更好选择[157]。已经开发了丰富的电化学方法来原位检测植物激素传感器如纸基电化学传感器、纳米金/多壁碳纳米管/壳聚糖修饰电极、CeCl3/十六烷基磷酸氢修饰电极、还原石墨烯/聚藏红T等。这些传感器根据植物激素类型进行修饰以分析植物可能的生物合成途径和生理活性。体内检测是通过为不同类别的植物激素开发不同的电化学传感器来进行的(图12(A))。纸基电化学传感器是为检测番茄叶片中的水杨酸而开发的而据研究人员报道吲哚-3-乙酸是许多电化学传感器中应用最广泛的活体检测植物激素的传感器。利用碳带电极、滤纸和缓冲液研制了电化学工作站。用氯化铂和氯化银金属丝将滤纸与树叶紧密结合。直径1.5 mm在叶子上捏一个洞缓冲液通过滤纸传到叶子上。将树叶中的水杨酸扩散到工作碳带电极上进一步进行定量。采用一次性不锈钢基电化学微传感器测定大豆幼苗中的吲哚-3-乙酸。所使用的微电极为阳极氧化不锈钢具有一次性、灵敏和选择性的在体现场检测吲哚3-乙酸的能力。在脱落酸、琥珀酸、柠檬酸、苹果酸、水杨酸、吲哚-3-乙酸等多种激素存在下该微电极的检出限为43pg/mL。此外该方法具有很高的灵敏度和良好的选择性其限量为143pg/mL(图12(B))[159]。用碳带电极对侵染番茄叶片中的水杨酸进行筛选。对这些电极进行了手工铅笔痕迹修饰用于体内水杨酸在正常叶片和受感染叶片之间的区分。这些碳修饰电极成功地记录了在非生物胁迫下病叶中水杨酸含量的增加。这些电极还可以进一步与其他技术相结合例如纸基分析装置以定量水杨酸。据报道使用碳带修饰电极检测水杨酸的下限为1.0×10~7M尽管它们表现出与许多其他技术相似的性能但用于检测水杨酸的碳带修饰电极成本低制造工作量少最重要的是在一次性应用中是有效的[160]。将涂覆多壁碳纳米管的玻碳电极应用于6-苯氨基嘌呤(细胞分裂素)植物激素的检测。吸附溶出伏安法表示伏安法测定6-苯氨基嘌呤激素在不同控制pH条件下的行为分别为3.0酸性、7.0正常和10.0碱性。检出限分别为0.098 mm、0.165 mm、0.235 mm。酸度为3.0时的定量限为0.326 mm正常时为0.545 mm碱性为10.0时为0.776 mm。电极检测6-苄基氨基嘌呤的精密度、灵敏度和选择性随着pH值的升高而降低。这种涂覆多壁碳纳米管的玻璃碳电极对6-苯氨基嘌呤植物激素的传感性能为在可变pH条件下的植物激素电化学传感装置提供了重要的参考价值[161]。纸基分析设备还可以在最低样本量的情况下进行体内植物激素的电化学检测。用电化学方法直接测定了微量植物样品中的吲哚-3-乙酸和水杨酸样本量为10毫升。在纸基分析装置中一次性工作电极以ng为单位对吲哚3-乙酸和水杨酸进行定量[30]。另一种纸基电分析装置与多通道电化学站集成在一起用于提高盐胁迫条件下豌豆幼苗中吲哚-3-乙酸和水杨酸水平的检测。用多通道示差脉冲伏安法测定氧化石墨烯修饰碳带电极结果的重现性为13%。该技术检测了盐胁迫下豌豆幼苗根尖中吲哚-3-乙酸含量的下降。据报道吲哚3-乙酸和水杨酸的检出限小于0.1 mm[31]。电化学传感器可以有效地检测植物中的激素但由于细胞质结构复杂它们很容易失去活性检测寿命可能会缩短[162]。为了解决微传感器中的这一问题人们开发了沉积有纳米颗粒的不锈钢电极和带有碳纳米管的碳带电极。它们具有成本低、一次性、导电性好、生物相容性好、机械强度高等特点已被用于许多生物医学工具和生物传感器从而确保了性能的稳定。电化学传感器的商业可用性因其灵敏度和选择性而异。例如碳基石墨铅笔电极具有很高的灵敏度和选择性但其实时传感的有效性仍在测试过程中。同样用于商业目的的电化学传感仍在发展中。4.其他检测方法目前正在使用的最敏感的先进方法之一是植物可穿戴设备。它们是通过直接安装在柔软表面上进行实时、连续和非侵入性评估的传感器。虽然大多数可穿戴设备仅供人类使用但研究人员发明了一些用于植物健康监测和特定需求测量的设备[163,164]。通过在植物表面植入可穿戴的纳米电子电路实现了对植物内低浓度分子的无线检测和通信或对挥发性分子的无线实时检测。这些基于纳米技术的可穿戴设备非常有弹性可以在生物体上弯曲最小半径为~100毫米并发挥弹性皮肤的作用[165]。一种名为带有石墨电极的单壁碳纳米管的传感器是一种可穿戴的设备可以放置在树叶表面来检测气体分子浓度和空气中的化学物质(图13(A))。这种传感器可以通过射频无线信号进行操作以监测活植物中的信号分子最低可达5ppm[166]。据报道基于石墨烯和碳纳米管的可穿戴设备可以监测植物中广泛的挥发性有机元素、植物信号分子、气体和水相分子[165]。单壁碳纳米管可以进一步用铜化合物修饰开发出耐化学药物的传感器监测乙烯植物激素的亚ppm浓度。这些传感器的工作原理是可逆的使它们能够通过检测更长时间的乙烯浓度来监测水果成熟的开始。在几种浓度从75到200ppm的水果代谢物存在时含铜的单壁碳纳米管对乙烯的响应幅度明显更高(图13(B))。这种感官系统显示出低至1ppm的乙烯的有效灵敏度反应这有助于将储存设施中的乙烯水平保持在阈值以下[87]。只有几种植物可穿戴设备专门用于植物激素检测但它们依赖于环境、胁迫条件、化学物质和进出植物的元素。植物激素的浓度和水平随着植物面临的非生物胁迫而变化[167]。为了检测有机磷化合物开发了柔性可穿戴设备使用丝网印刷电极和一次性聚合物手套[168]。另一种传感器被迅速开发出来用于测定叶片上的农药含量和植物的实时生长植物。该传感器由壳聚糖和石墨粉墨水制成安装在植物固体表面非常灵活[169]。此外还进行了传感器和信号读取电路的集成并开发了一种能够在几秒钟内进行纳米级定量测量的一体化设备[170]。这些可穿戴设备由于浓度机制而允许检测并对极低浓度范围内的气体分子具有可调的灵敏度低至十亿分之一[165]。此外除了荷尔蒙和挥发性有机化合物检测传感器外其他可穿戴设备如带式石墨烯传感器和微流控印刷单壁碳纳米管也进行了改进。它们可以通过实时测量干旱期间叶表皮的单个气孔动态来感知相对湿度、评估植物水分状况和干旱胁迫的出现[171]。此外其他压力条件如洪水和盐度可以通过可穿戴设备检测到这些设备最终决定了植物的荷尔蒙变化。在较大面积的田野中所需的空间分辨率取决于微环境变化、植物压力和生物传感器。这种基于纳米技术的可穿戴传感器很容易在从城市到工业化农业的广泛应用中使用。可穿戴传感器的性能在很大程度上取决于变化的环境条件。湿度、温度和风是高度影响可穿戴设备的关键因素器件的灵敏度、选择性、信噪比和恢复时间[172]。此外基于可穿戴纳米技术的传感器在更大范围内的适用性、准确性和耐用性方面容易面临挑战。为了克服这些问题需要使用更先进的可穿戴柔性设备来记录高时间分辨率的快速植物信号分子。几种柔性可穿戴传感器即厘米尺度的大孔网络[173]正处于实验阶段但结果表明它们具有高的时间分辨率能够同时连续监测多个植物电化学信号。同样一种可注射注射器的网状纳米电子可穿戴设备将能够以毫秒的时间分辨率记录植物信号分子的快速波该设备可以监测老鼠体内的神经活动。另一种健康监测可穿戴设备在用于人类之前已经在植物中首次使用以测量伸长、小气候和压力因素。该传感器基于广泛应用于医疗保健领域的光纤布拉格光栅技术。这种可穿戴传感器被试验用来监测环境中持续和同时的植物生长、温度和湿度因素。植物可穿戴传感器因其高灵敏度、多路传输能力和对恶劣环境的高耐受性而被提出(图14)。将大数据和图像处理相结合的传感器的进一步实验将使其能够直接和快速地在体内检测植物激素[85]。这些可穿戴设备具有大而高效的具有灵活特性的高分辨率显示特性。尽管它们被部署在田间进行数据收集和作物监测但一些设备仍处于TRL阶段7和8这将逐步改善它们的商业可用性状态。5.结论本文综述了植物激素的体内测定方法。尽管存在许多体外和常规技术但体内方法是植物激素检测的首选方法。本文讨论了光谱学、生物传感器、电化学传感器和最先进的超灵敏传感器包括可穿戴设备以及它们的应用和优缺点。它们在检测研究中都有广泛的应用例如在定量和定性分析、酶分析、分子量测定、分析物的物理化学特性测定和植物激素检测中。生物传感器和电化学传感器经常用于植物激素的体外和体外检测但光谱特别是表面增强拉曼光谱被认为是一种超灵敏的检测工具。该电化学传感器可以检测和定量体内微量的植物激素。可穿戴植物设备是其中最敏感、最易用的识别技术。然而需要更先进的可穿戴、灵活的设备如厘米级的大孔网络和注射器可注射的网状纳米电子可穿戴设备用于实际农业条件下以毫秒的时间分辨率快速检测植物信号分子。体内植物激素的检测需要繁琐的样品制备但生物传感器、光谱、电化学和可穿戴传感器的最新发展使植物激素的分析变得更加方便。尽管这些技术还很容易但它们仍然需要改进例如SERS需要具有稳定的底物电化学需要克服损伤修复问题传感器包含噪声可穿戴传感器需要更高的空间分辨率。尽管可穿戴设备被部署在数据收集和作物监测领域但一些设备仍处于TRL阶段7和8。随着我们对植物激素活体测量的了解便携式、可穿戴和无损检测技术也将得到提高导致更高的灵敏度、更快和更可逆的响应将获得商业可用状态和植物传感器的趋势可以使“植物互联网”的概念成为现实。这篇论文讲的是光谱、生物传感器和电化学传感器三大类但是每种激素都有自己的特点还需要总结不同激素的检测方法或区分这三大类适合于哪些激素的检测这样会让体内植物激素检测更为直观更为系统。