钙离子在植物细胞的生理活动中担任多种角色,其中在参与细胞代谢方面尤为重要,大量研究表明不同的外界刺激会影响细胞中钙离子浓度的变化。本文以芦荟（Aloe vera）为研究对象,研究了其在低温、氧化锌纳米粒子（ZnO NPs）、纳米氧化铜（CuO NPs）、重金属镉、稀土铽以及乙醇等不同因素作用下细胞内Ca²⁺浓度的分布情况,进而更加全面地了解外界胁迫对细胞的毒性。本文利用离子选择性微电极（ISME）测量植物细胞原生质体破裂时形成的Ca²⁺浓度脉冲信号。离子选择性微电极是一种电化学传感器。在单细胞检测中可用来测定细胞内各种离子的浓度和胞外空间的离子流。本文提出了一种离子选择性微电极用于单细胞检测的新方法,即用离子选择性微电极测量植物细胞原生质体破裂时形成的离子浓度脉冲信号,进而分析细胞液中离子浓度的分布。通过分析离子浓度脉冲信号我们发现无论对照组还是实验组,开始时原生质体周围的Ca²⁺浓度都稳定在背景浓度,原生质体破裂后,Ca²⁺浓度在极短的时间内均上升到一个峰值,最后缓慢下降至背景浓度,形成一个脉冲。细胞外Ca²⁺浓度(10^-3 mol/L)大于胞内Ca²⁺浓度(10^-5 mol/L),原生质体破裂后Ca²⁺浓度却又上升,出现这种现象应该是由于细胞内钙库破裂导致Ca²⁺泄露。与对照组相比,实验组Ca²⁺浓度达到峰值的时间变长,说明冷冻处理可以降低细胞内Ca²⁺的流动性。除此之外,我们又发现一个有趣的现象,冷冻处理的实验组Ca²⁺浓度脉冲前沿处出现了明显的凹陷。紧接着,又对实验组的原生质体融化后不同的时间原生质体破裂时Ca²⁺的释放情况进行了测量。发现原生质体融化后23 h左右Ca²⁺浓度下降情况又消失不见。我们用此方法又研究了在ZnO NPs、CuO NPs、氯化镉、硝酸铽以及乙醇作用下,芦荟细胞原生质体的细胞液中Ca²⁺的浓度分布。发现经ZnO NPs、CuO NPs、氯化镉、硝酸铽处理后的芦荟原生质体破裂时的脉冲信号前沿处均出现了凹陷现象,而乙醇处理后的芦荟原生质体在破裂时并没有出现Ca²⁺浓度下降现象。实验结果表明冷冻胁迫会使细胞内的Ca²⁺的流动性变差,进而造成细胞内浓度分布会发生分层现象,并且该现象可以随着室温保存的时间的增加得到恢复;ZnO NPs、CuO NPs、硝酸铽和氯化镉也可以使细胞内Ca²⁺浓度重新分布,形成分层;乙醇胁迫不会影响原生质体内Ca²⁺浓度的分布。说明不同胁迫下芦荟细胞原生质体内Ca²⁺浓度分布不同。本文提出的实验方法具有抗干扰能力强和操作简便的优点,为更全面地揭示细胞对外界刺激的响应特征提供了新的视角,也可为各种环境和生态毒理学评价提供新的途径。