پلیمریزاسیون مونومرهای مایع یونی در دمای اتاق با تابش پرتوی الکترونی با هدف ساخت ساختارهای میکروپلیمر/ نانوپلیمر سه بعدی

Polymerization of Room-Temperature Ionic Liquid Monomers by Electron Beam Irradiation with the Aim of Fabricating ThreeDimensional Micropolymer/Nanopolymer Structures

چکیده
چکیده:
روش جدیدی برای ساخت ساختارهای پلیمری با اندازه های میکرو ونانو از مایع یونی در دمای اتاق (RTIL) روی سوبسترای Si با تابش الگودار یک پرتوی الکترونی (EB) توسعه یافت. یک فشار بخار بی نهایت پائین RTIL، 1- آلیل-3- اتیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلورومتان) سولفونیل آمید، امکان ورود به محفظه خلاء بالای تجهیزات پرتو الکترونی برای اجرای پلیمریزاسیون تحریک شده با تابش در منطقه نانو را فراهم می آورد. دراینجا ساختارهای میکرو/نانوپلیمری سه بعدی مختلفی (3D) با نسبت های دید بالای 5 با رزولوشن (وضوح و شفافیت) زیر 100nm تهیه کردیم. به علاوه، اثرات دوز تابش و جریان پرتو بر خصوصیات فیزیکی شیمیایی پلیمرهای ته نشین شده با ثبت طیف های FT-IR و مدول یانگ مورد پژوهش قرار گرفت. نکته جالب توجه اینکه اشکال کلی ساختارهای بدست آمده با استفاده از پرتو یونی متمرکز (FIB)، با اشکال تهیه شده در مطالعه اخیر تفاوت داشت حتی اگر نمونه ها به شیوه ای مشابه تابیده شده بودند. علت این امر می تواند انتقال متفاوت بین دونوع پرتو باشد که براساس محاسبات نظری خطوط سیر پرتو کوانتومی، راجع به آن بحث شد. ادراکات بدست آمده در این مطالعه روشهای تهیه و آماده سازی آسانی برای میکرو/ نانوساختارها فراهم می نمایند.
.
1. مقدمه
مایعات یونی در دمای اتاق (RTIL)، که نمک های مایع که فقط متشکل ازکاتیون ها و آنیون هاهستند، به خاطر خصوصیات فیزیکی شیمیایی منحصر به فردشان نظیر احتراق ناپذیری، رسانایی و هدایت یونی بالا، پایداری حرارتی بالا و پنجره الکتروشیمیایی، محققین زیادی را در رشته های مختلف جذب کرده اند. در میان این خصوصیات، فشار بخار ناچیز RTIL یکی از مهمترین ویژگیها در تحقیق اخیر با استفاده از RTIL تحت شرایط خلاء می باشد. گروه تحقیق چندین تکنولوژی جدید توسعه داد که به صورت تکنولوژی خلاء RTIL طبقه بندی می شوند. به طور مثال، یک تکنیک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) درجا برای پژوهش واکنش های الکتروشیمیایی در RTIL همزمان با قطبش الکترودها توسعه داده ایم. در سری پژوهشها، به این مسئله توجه کردیم که انواع خاصی از واکنش های شیمیایی، به عبارتی کاهش یونهای فلز، با تابش پرتو الکترون تحریک والقاء می شوند. یافته اول آن بود که ذرات طلا در یک RTIL تولید شدند که در طول مشاهده RTIL با SEM مشخص گردید که محتوی یونهای طلا بود. براساس این ادراکات، روشی کاملاً جدید برای ساخت ساختارهای پلیمری با اندازه میکرو/ نانو با ترسیم الگوهای اختیاری روی RTIL قابل پلیمر شدن، 1- آلیل-3- اتیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلورومتان)- (سولفونیل) آمید ، طرح 1)، با ابزار پرتو یون متمرکز (FIB)، ارائه کرده ایم. در این تکنولوژی، در زمینه ساخت ساختارهای پلیمری میکروسکوپی سه بعدی مختلف (3D) موفق شدیم که ساخت آنها بااستفاده از تکنیک های FIB متداول سخت و دشوار است. ساخت ساختارهای سه بعدی پیچیده با مکانیسم شکل گیری متمایزی صورت گرفت که شبیه به مکانیسم چاپگرهای 3 بعدی می باشد. نکته کلیدی در این روش آن است که قطبش یا پلیمریزاسیون در سطح میانی یا واسط RTIL/ خلاء به وقوع پیوسته و اینکه سازماندهی مجدد هلال مایع سبب می شود موقعیت واکنش ساختار پلیمر در سطح بالاتری از ضخامت اصلی لایه RTIL قرار داشته باشد.

Abstract

A novel method for fabricating microsized and nanosized polymer structures from a room-temperature ionic liquid (RTIL) on a Si substrate was developed by the patterned irradiation of an electron beam (EB). An extremely low vapor pressure of the RTIL, 1-allyl-3-ethylimidazolium bis((trifluoromethane)sulfonyl)amide, allows it to be introduced into the high-vacuum chamber of an electron beam apparatus to conduct a radiation-induced polymerization in the nanoregion. We prepared various three-dimensional (3D) micro/nanopolymer structures having high aspect ratios of up to 5 with a resolution of sub-100 nm. In addition, the effects of the irradiation dose and beam current on the physicochemical properties of the deposited polymers were investigated by recording the FT-IR spectra and Young’s modulus. Interestingly, the overall shapes of the obtained structures were different from those prepared in our recent study using a focused ion beam (FIB) even if the samples were irradiated in a similar manner. This may be due to the different transmission between the two types of beams as discussed on the basis of the theoretical calculations of the quantum beam trajectories. Perceptions obtained in this study provide facile preparation procedures for the micro/ nanostructures.

1. Introduction

Room-temperature ionic liquids (RTILs), which are liquid salts consisting only of cations and anions, have fascinated many researchers in various fields because of their unique physicochemical properties such as incombustibility, high ionic conductivity, high thermal stability, and wide electrochemical window.1−7 Among these properties, the negligible vapor pressure of RTILs is one of the most important features in recent research using RTILs under vacuum conditions.8,9 Our research group developed several new technologies that can be categorized as RTIL-vacuum technology.10,11 For example, we have developed an in situ scanning electron microscopy (SEM) technique to investigate electrochemical reactions in RTIL concurrently with the polarization of electrodes.12,13 In a series of investigations, we further noticed that certain types of chemical reactions, i.e., the reduction of metal ions, are induced by electron beam irradiation.14,15 The first finding was that gold particles were produced in an RTIL that contained gold ions during the observation of the RTIL by SEM. On the basis of these perceptions, we have established a completely new method to fabricate micro/nanosized polymer structures by drawing arbitrary patterns on a polymerizable RTIL, 1-allyl-3-ethylimidazolium bis((trifluoromethane)- sulfonyl)amide ([AllylEtIm][Tf2N], Scheme 1), with a focused ion beam (FIB) instrument.16 In this technique, we succeeded in fabricating various three-dimensional (3D) microscopic polymer structures that are difficult to build using conventional FIB techniques. The fabrication of complicated 3D structures was achieved by a distinctive formation mechanism that resembles the mechanism of 3D printers. The key point in this method is that the polymerization takes place at the RTIL/ vacuum interface and that the reorganization of the liquid meniscus raises the reaction position for the polymer structure to grow higher than the original thickness of the RTIL layer.

پلیمریزاسیون مونومرهای مایع یونی در دمای اتاق با تابش پرتوی الکترونی با هدف ساخت ساختارهای میکروپلیمر/ نانوپلیمر سه بعدی

Polymerization of Room-Temperature Ionic Liquid Monomers by Electron Beam Irradiation with the Aim of Fabricating ThreeDimensional Micropolymer/Nanopolymer Structures

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

مقدمه
در گیاهان سیستم انتقال یون غشاء نقش مهمی در حفظ هموستای سلولی و سازگاری با تغییرات محیطی ایفا می کند. این بخش بر سیستم انتقال K+ (پتاسیم) متمرکز شده است چون اکثر دانشی که ما از ساختار – عملکرد انتقال دهنده های یون گیاهی داریم برای این پروتئین ها در دسترس می باشد. پتاسیم (K+) فراوان ترین کاتیون در سلول های گیاهی می باشد. آن در غلظت هایی وجود دارد که تا 10 % وزن خشک گیاه هم می رسد. ریشه ها K+ را از خاک جذب می کنند که در ریشه ها غلظت های اندکی از آن وجود دارد و آن را به بخش های هوایی بدنه گیاه انتقال می دهند. به ویژه در برگ ها K+ نقش مهمی در کنترل فشار اتساع غشای پروتوپلاسم گیاهی و پتانسیل الکتروشیمیایی غشاء ایفا می کند. جریان K+ سرتاسر غشای پلاسم به ویژه به هوستازی یون و سازگاری گیاه با شرایط محیطی ارتباط دارد. برای مثال سلول هی محافظ استوماتا (روزنه ای) را تشکیل می دهند که چند سیستم انتقال فعال K+ دارد که بادکردگی و چروک شدن سلول ها را کنترل می کنند. این در عوض باعث کنترل جذب CO2از هوا و جریان تنفسی می شود که برای انتقال مواد غذایی از ریشه ها به ساقه ها ضروری می باشد. برای اینکه نیازهای مختلف برای فعالیت های انتقال K+ در سلول های گیاهی را تأمین کنیم انواع کانال های واگرای K+ و انتقال دهنده های K+ در گیاهان تحول یافته اند و این ها در تحقیق انجام گرفته در دو دهه اخیر مورد ارزیابی قرار نگرفته است. اگکثر دانش ما از بررسی گیاهان مدل Arabidopsis Thaliana بدست آمده است. مقایسه این کانال ها و انتقال دهنده ها با کانال ها دیگر موجودات مختلف باعث می شد که درک ما از سیستم های مختلف انتقال K+ و تنظیم آنها فراتر از مرزهای ارگانیسم ها افزایش یابد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Introduction

In plants, membrane ion transport systems play an important role in maintaining cellular homeostasis and adaptation to environmental changes. This chapter focuses on K þ transport systems because the most knowledge on structure–function correlates of plant ion transporters is available for these proteins. Potassium (K þ ) is the most abundant cation in plant cells. It is present in concentrations that may reach up to 10% of the plant dry weight. K þ has to be absorbed by the roots from the soil, where it is present only in low concentrations, and transported into the aerial part of the plant body. In particular, in leaves, K þ is important for controlling the turgor pressure and the electrochemical membrane potential. The K þ flux across the plasma membrane is highly associated with ion homeostasis and adaptation of the plant to environmental changes. For example, guard cells forming the stomata possess several active K þ transport systems, which control swelling and shrinkage of the cells. This in turn controls CO2 absorption from the air as well as the transpiration stream needed to pump up nutrients from roots to shoots. To satisfy the various needs for K þ transport activities in plant cells, divergent types of K þ channels and K þ transporters have evolved in plants, and these were uncovered during research in the past two decades. The most knowledge was obtained on the model plant Arabidopsis thaliana. Comparison of these channels and transporters with others from different organisms increased the understanding of diverse K þ transport systems and their regulation beyond the organism barrier.

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) (ترجمه به صورت ناقص انجام شده است)

به منظور درک بهتر تاثیری که این وابستگی ها ممکن است روی کارایی باتری داشته باشند، همانند انرژی قابل استفاده و قابلیت تولید توان، شبیه سازی پیل با چرخه های تخلیه و شارژ مختلف انجام شده است.
در نهایت ادغام این مدل باتری در یک مدل وسیله نقلیه به منظور ارزیابی اینکه چگونه شرایط شارژ/رانندگی مختلف ممکن است بهره وری آن را تحت تاثیر قرار دهند، انجام شده است. از آنجایی که طول مدت و بهره وری شارژ باتری به پارامترهای به طور فزآینده مهم تبدیل می شوند، تاکید مخصوصی روی آنالیز بهره وری در طول شرایط شارژ سریع شده است.
با توجه به دانش مولف، هیچ کار تحقیقاتی در منابع و مراجع وجود ندارد که پارامترهای اصلی تاثیرگذار بر کارایی باتری – در هردو سطح پیل و پک – را ارزیابی کند و پیامدهای آن را از لحاظ قابلیت تولید انرژی و توان در طول شرایط رانندگی و شارژ مطالعه نماید.
این پایان نامه به شکل زیر سازماندهی شده است:
فصل2 برخی مفاهیم بنیادین باتری را توصیف می کند. به خصوص، اصل عملیاتی پیلهای لیتیوم-یون تشریح شده است و نگرش کلی از شیمی های لیتیوم-یون مختلف ارائه شده است.
فصل 3 روی طراحی باتریهای لیتیوم-یون و پیامدهای آن روی کارایی متمرکز می شود. ابتدا توصیفی تکنولوژیهای وسیله نقلیه هیبرید و برقی مختلف همراه با الزاماتی که این وسایل نقلیه روی باتری اعمال می کنند، ارائه شده است. سپس نگرش کلی از پیکربندی طراحی مختلف پیلهای لیتیوم-یون همراه با برخی راه حلهای پک باتری کنونی نشان داده شده است. محاسبات برای تخمین مقاومت داخلی، وزن و هزینه شیمی های مختلف لیتیوم-یون با استفاده از یک مدل منبع باز توسعه یافته در آزمایشگاه ملی آرژون انجام شدند.
در فصل 4، آنالیزی از فاکتورهای محتمل تاثیرگذار بر کارایی، بهره وری و طول عمر باتریهای لیتیوم-یون انجام شده است.
فصل 5 بعد از توصیف مختصر انواع مختلف مدلهای باتری، مدل مورد استفاده برای شبیه سازی را معرفی می کند و نتایج روی انرژی پیلهای باتری و قابلیت تولید توان به دست آمده در نرخهای تخلیه/شارژ و دماهای مختلف را نشان می دهد.
در فصل 6، باتریهای قبلا آنالیز شده در یک مدل شبیه سازی وسیله نقلیه برقی ادغام شدند و بعد از توصیف مختصر این مدل، بهره وریهای باتری در شرایط شارژ و رانندگی مختلف ارزیابی شدند.
فصل 7 از پایان نامه نتیجه گیری می کند.

2. باتریها: تعاریف و مفاهیم بنیادین
این فصل روی مفاهیم بنیادین باتری لیتیوم-یون متمرکز می شود. برخی مفاهیم پایه باتری و اصول الکتروشیمیایی تکنولوژی باتری لیتیوم-یون بعد از مرورکلی انواع مختلف باتریهای لیتیوم-یون توصیف شدند.

2.1. اصول الکتروشیمیایی بنیادین باتریهای لیتیوم-یون
باتریها «دستگاههای الکتروشیمیایی هستند که انرژی شیمیایی موجود در مواد فعال خود را به انرژی الکتریکی با استفاده از واکنشهای اکسایش-کاهش الکتروشیمیایی که در الکترودها رخ می دهند، تبدیل می کنند. در مورد یک سیستم قابل شارژ، باتری به وسیله معکوس این فرآیند شارژ می شود» (لیندن ، 2002).
یک یا چند پیل به طور سری یا موازی به منظور ارائه ولتاژ و ظرفیت مطلوب از باتری به یکدیگر متصل می شوند. پیل واحد الکتروشیمیایی است که انرژی الکتریکی را به وسیله تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی ذخیره شده در مواد فعال آن از طریق واکنشهای اکسایش و کاهش فراهم می کند که متعاقباً در آند و کاتد (در طول تخلیه) رخ می دهند. به منظور بالانس جریان الکترونها (از طریق یک مدار خارجی) از آند به کاتد، یک محلول الکترولیت موردنیاز است. الکترولیت یونها را (از آند به کاتد) با حفظ تعادل جرم در داخل پیل منتقل می کند.
در باتریهای لیتیوم-یون کاتد متشکل از مواد مرکب است که نوع پیل لیتیوم-یون را تعریف می کند در حالیکه آند با اندکی استثناعات اساسا متشکل از گرافیت است. الکترولیت ممکن است مایع بوده یا از مواد پلیمری باشد.
در شکل 1 می توانیم فرآیند شارژ و تخلیه پیل لیتیوم-یون را ببینیم. در طول فاز تخلیه، یونهای لیتیوم از آند به کاتد از طریق الکترولیت منتشر می شوند و در کاتد جا می گیرند. الکترونها از طریق مدار خارجی در همان جهت جریان می یابند. در طول فاز شارژ معکوس این فرآیند رخ خواهد داد.

2.2. تعاریف باتری
در این بخش برخی تعاریف بنیادین مهمترین پارامترهای باتری مورد استفاده در این پایانه نامه ارائه شدند.

2.2.1. ولتاژ و ظرفیت
دو پارامتر مهم در یک باتری ولتاژ و ظرفیت هستند.
ولتاژ، بیان شده در واحد ولت [V]، پتانسیل الکتروشیمیایی در دسترس در پیل را بیان می کند که به وسیله نوع ماده فعال موجود در پیل تعیین شده است.
به هر حال، جرم ماده فعال ظرفیت پیل را تعریف می کند. ظرفیت (در واحد آمپر ساعت [Ah]) شارژی را بیان می کند که می تواند در باتری ذخیره شود و نشانه ای از انرژی را ارائه می کند که می تواند از باتری استخراج شود. ظرفیت اسمی نامی معمولا توسط تولید کنندگان باتری تعریف شده است و تحت شرایط خاص تعیین گردیده است. به هر حال، شرایط عملیاتی مختلف (یعنی نرخهای تخلیه/شارژ و دمای مختلف) و پیری باتری می توانند قویاً ظرفیت حقیقی باتری را تحت تاثیر قرار دهند و انرژی ذخیره شده در دسترس را کاهش دهند.

2.2.2. SOC و DOC
وضعیت شارژ (SOC) یک باتری می تواند به صورت تناسب بین شارژ در دسترس در زمان معین و شارژ در دسترس کل تعریف شود وقتی که باتری به طور کامل شارژ شده باشد. این مفهوم به طور کلی در واحد درصد بیان شده است و بین 0 و 100 تغییر می کند. در EV، SOC می تواند به صورت «گیج سوخت» خودرو در نظر گرفته شود جایی که علامت SOC جایگزین نشانگر میزان سوخت می شود.
در حالیکه SOC می تواند به عنوان یک معیاری از ظرفیت باقیمانده در باتری در نظر گرفته شود، عمق تخلیه (DOC) شارژ حذف شده از باتری را نشان می دهد و این نیز در واحد درصد بیان شده است.

2.2.3. نرخ C
جریان الکتریکی به صوت جریان بار الکتریکی تعریف شده است. واحد SI جریان الکتریکی آمپر (A) است اما یک معیار جایگزین و شاید بیشتر قابل درک جریان که در آن باتری تخلیه (یا شارژ) شده است، از تعریف نرخ C حاصل شده است. نرخ C جریان موردنیاز برای تخلیه (یا شارژ) کامل یک باتری در ییک دوره زمانی تعیین شده را نشان می دهد. برای مثال، یک باتری با ظرفیت اسمی 70 آمپر ساعت می تواند به طور کامل در یک ساعت با اعمال جریان 70 آمپر (نرخ C برابر با 1) یا در دو ساعت با اعمال جریان 35 آمپر (نرخ C برابر با C/2) یا در نیم ساعت با اعمال جریان 140 آمپر (نرخ C برابر با 2C) شارژ شود.

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

خلاصه
پتاسیم یک ماده مغذی ضروری است که بیشترین فراوانی را در میان کاتیون ها در سلول های گیاهی دارد.
گیاهان سیستم های گوناگون و گسترده ای برای گرفتن +k ، کاتالیز +kو گرفتن آن از طریق طیف های وسیعی از غلظت های خارجی دارند. +k میانجی ( واسطه ) در گیاهانبخوبی برای انتشار به محیط خارج حرکت دارند.
انتقال +k پاسخی است به تغییرات خارجی در ذخیره +k در حضور دیگر یونها در ریشه اطراف و در طیف های مختلف استرسهای گیاهی که از طریق سیگنالهای شیب ca+2 و تنظیم پروتینی انجام می شود. این مقاله به طور خلاصه مشخصات مولکولی نقل و انتقالات +k را بیان می کند و آزمون این که چطور این اطلاعات ، بررسی فیزیولوژیکی انتقال +k را پشتیبانی می کند و همین در تغییرات محیطی پاسخهای به استرس را در گیاهان مطالعه می¬کند.
مقدمه:
پتاسیم یکی از مواد مغذی ضروری برای رشد و نمو گیاه است که از فراوان ترین کاتیون ها در سلول های گیاهی و بیشتر از 10% وزن خشک گیاه را شامل می شود.ریشه های گیاه +k را از غلظت های خارجی در رنج وسیعی میگیرند که معمولا از 0.1 تا mM10 متغییر است.بعضی اوقات ،مقدار بالاتری از+k در صورتی که در بیشتر نواحی زیر کشت مانند برنج در جنوب شرقی آسیا تقلیل پتاسیم خاک کاهش میزان محصول را تهدید می کند مشاهده شده است.می دانیم که دیگر استرسهای محیطی مانند سمیت فلزات ، شوری و هوا تاثیر مضر روی گرفتن +kو انتقال آن توسط گیاه دارد و بعضی استرس ها با افزایش مقدار +k بهبودی می یابد . ارتباط بین +k وتولید محصول در دو مقاله اخیر مشخص شده است: یکی نقش +k در کاهش اثرات آفات بیماریها روی گیاه، دیگری اهمیت +k در شروع سمیت Na+ (سدیم ). استخراج +k از خاک و پخش آن در گیاه نیازمند حضور پروتین های انتقالی موجود در غشا است تعداد زیادی از این انتقال دهنده ها در سطح مولکولی اکنون شناسایی شده اند و به عنوان انتقال دهنده های طبیعی +k ثابت شده اند. نقش فیزیولوژیکی این پروتین ها در ورود اولیه +kانتشار و تقسیم و انتقال در گیاه بخوبی مشخص شده است. در حالی که بیشتر انتقال دهنده های مفروض +k و تنظیمات انتقال تحت بررسی است. مقاله حاضر با مختصری از عملکرد +k (طرز کار) شروع شد سپس بحث در مورد گروههای انتقال دهنده +k و تنظیم آن ها با توجه به انواع خاصی مانند فعالیت مفید +kو ساختمان غشایی ریشه انجام شد. بطور کلی ، می بایست تحقیقات در مورد انتقال +k در سلول و کل سطوح گیاه ارزیابی شود. انتظار ما این است که یک توضیح جدید برای انتقال +k از طریق اهمیت بالای آن در بیولوژی مولکولی و فیزیولوژی گیاه به دست آید.
FunctionsofK+:
عملکرد سیستم فتوسنتزی نیازمند +k است و فقدان +k فعالیت فتوسنتزی را کاهش می دهد.
میزان کلروفیل و جایگاه تثبیت کربن را نیز کم می¬کند ، تحرک گیاه مانند باز و بسته شدن منفذ حرکات برگ و دیگر گرایش¬های گیاهی به وسیله تولید +kباعث اشباع غشا سلول گیاهی و فشار می شود. فشار اسمزی موجب تجمع +k در سلولها می شود و همچنین موجب تحریک سلولی و انبساط برگ می¬شود . +kحرکت زیادی در چرخه ای با مسافت طولانی بین ریشه ها و انشعابات شاخه در بافت چوبی و بافت لیفیدر سلول های گیاهی دارد . این بدیهی است +k در انتقال با نیترات یاNo-3 به اشعابات شاخه و سپس برگشت و جاگیری در ریشه به وسیله مالات وقتی که گیاه با No-3 تغذیه میشود و همچنین در انتقال +kبا آمینواسیدها در بافت چوبی مشارکت دارد. گردش دوباره +kبه عنوان منبع مهم +kدر ریشه ها به ویژه با No-3 در رشد گیاه و رسیدن+k به بافت لیفی از ساقه ها نشان دهنده این است که +k وارد ریشه می¬شود . مقدار بالای نفوذپذیری سلول های گیاه به +k تاثیری روی توانایی یون به منظور نفوذ طولانی یا کوتاه مدت و تعدیل پتانسیل الکتریکی متفاوت در طول غشای پلاسمایی (pmΔΨ) کهازابتداایجادشدهوتوسطH+- ATpaseتقویت می شود . این امر به آسانی دیده می شود که تغییرات در] cyt+ [Kموجب قطبی شدن زیاد ( کاهش +k ) یا غیر قطبی شدن ( افزایش +k ) pmΔΨمیشود . قابل ملاحظه است در بعضی گونه ها مانند برنج Oryza Sativa یا گندم آبدوست Triglochinmaritimaیون آمونیوم NH4+ و سدیم Na+ می توانند باعث تنظیم pmΔΨشوند. با این حال در بیشتر گیاهان pmΔΨفقطانتقالبادیگریونهااصلاحمیکند .
+kدرغلظت های شایان در فضاهای واکوئلی و سیتوسولیک تجمع می یابد .سوراخ های +k سیتوسولیک در حالت های پایدار نمایان هستند .تخمین زده شده غلظت های+k سیتوسولیک]cyt+ [K رنج وسیعی بین mm 30 و 320 می باشد که تا mm 100هم می رسد . تعیین این رنج ها و شدت هوموئستازی ] cyt+ [K ، انعکاسها در بخش های ناسازگار از روش های مختلف استفاده می شود . انقباض درسوراخ های سیتوسولیک ، غلظت +k واکوئلی بسیار بالا بوده است بین 10-500 mm که وابسته به گیاه تحت بررسی و شرایط رشد +k می باشد .
] cyt+ [K پایدار لازم است برای فعالیت آنزیمی نرمال اندازه گیری شود که در اثر سمیت یونی ناشی از سدیم بالا (Na+ ) و آمونیوم ( NH4+ ) ممکن است قطع شود .

بخشی از مقاله انگلیسی:

Summary

Potassium (K+ ) is an essential nutrient and the most abundant cation in plant cells. Plants have a wide variety of transport systems for K+ acquisition, catalyzing K+ uptake across a wide spectrum of external concentrations, and mediating K+ movement within the plant as well as its efflux into the environment. K+ transport responds to variations in external K+ supply, to the presence of other ions in the root environment, and to a range of plant stresses, via Ca2+ signaling cascades and regulatory proteins. This review will summarize the molecular identities of known K+ transporters, and examine how this information supports physiological investigations of K+ transport and studies of plant stress responses in a changing environment. & 2008 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Introduction

Potassium (K+ ) is an essential nutrient for plant growth and development. It is the most abundant cation in plant cells and can comprise as much as 10% of plant dry weight (Leigh and Wyn Jones, 1984; Ve´ry and Sentenac, 2003). Plant roots take up K+ from a wide range of external concentrations ([K+ ]ext), which typically vary from 0.1 to 10 mM (Reisenauer, 1966; Hawkesford and Miller, 2004). Occasionally, much higher [K+ ] are observed (Ramadan, 1998), while in some intensively cultivated areas such as rice fields of Southeast Asia, the depletion of soil K+ threatens to reduce crop yields (Dobermann and Cassman, 2002; Yang et al., 2004). Other environmental stresses, such as metal toxicity, salinity, and drought, are known to adversely affect K+ uptake and transport by plants (Schroeder et al., 1994; Amtmann et al., 2006; Shabala and Cuin, 2008), and such stresses can often be ameliorated by increased K+ supply (Cakmak, 2005). The link between K+ and crop production has been highlighted in two recent reviews: one on the role of K+ in reducing the effects of pests and disease on plants (Amtmann et al., 2008) and the other on the importance of K+ in the onset of sodium (Na+ ) toxicity (Shabala and Cuin, 2008). The extraction of K+ from soil and its distribution within the plant require the presence of membrane-bound transport proteins. A large number of such transporters have now been identified at the molecular level, demonstrating the complex nature of K+ transport. The physiological roles of these proteins in primary K+ influx, efflux, compartmentation, and transport within the plant have been partially characterized (Gierth and Ma¨ser, 2007; Lebaudy et al., 2007), while many putative K+ transporters and transport regulators are currently under investigation. The present review will begin with a synopsis of the functions of K+ , then discuss the known classes of K+ transporters and their regulation, with attention to special topics such as K+ -use efficiency and root zonation. Throughout, we shall assess some of the latest investigations into K+ transport at cellular and whole-plant levels. It is our hope to generate new discussion for K+ transport research by bringing together important advances in plant molecular biology and physiology.

Functions of K+

Potassium plays major biochemical and biophysical roles in plants. General maintenance of the photosynthetic apparatus demands K+ , and K+ deficiency reduces photosynthetic activity, chlorophyll content, and translocation of fixed carbon (Hartt, 1969; Pier and Berkowitz, 1987; Zhao et al., 2001). Plant movements such as closing and opening of stomata, leaf movements, and other plant tropisms are driven by K+ -generated turgor pressure (Maathuis and Sanders, 1996a; Philippar et al., 1999). The osmotic pressure brought about by K+ accumulation within cells is also used to drive cellular and leaf expansion (Maathuis and Sanders, 1996a; Elumalai et al., 2002). K+ is highly mobile within plants, exhibiting long-distance cycling between roots and shoots in the xylem and phloem. This is most evident in the cotransport of K+ with nitrate (NO3 ) to shoots and its subsequent retranslocation to roots with malate when plants are supplied with NO3 , and is also seen in the cotransport of K+ with amino acids in the xylem (Ben Zioni et al., 1971; Jeschke et al., 1985). Recirculated K+ can be an important source of K+ in roots, particularly with NO3 -grown plants, and phloemdelivered K+ from shoots may be a signal that modulates K+ influx into the root (Peuke and Jeschke, 1993; White, 1997). The relatively high permeability of plant cells to K+ confers on the ion the ability to impose short- and long-term modifications upon the electrical potential difference across the plasma membrane (DCPM) that is primarily established and maintained by the H+ – ATPase. This can be readily seen when changes in the [K+ ]ext result in permanent hyperpolarization (upon reduction of K+ ) or depolarization (upon increase in K+ ) of DCPM (Pitman et al., 1970; Cheeseman and Hanson, 1979; Kochian et al., 1989; Maathuis and Sanders, 1996a; Rodrı´guez-Navarro, 2000). Notably, in some species such as rice (Oryza sativa), or the halophyte Triglochin maritima, ammonium (NH4 + ), and sodium (respectively) can also adjust DCPM (Jefferies, 1973; Wang et al., 1994). Nevertheless, in most plants DCPM is only transiently modified by either ion (Higinbotham et al., 1964; L’Roy and Hendrix, 1980; Cheeseman, 1982; Cheeseman et al., 1985). K+ accumulates to considerable concentrations in cytosolic and vacuolar compartments. The cytosolic K+ pool appears to be relatively stable, although estimates of cytosolic K+ concentration ([K+ ]cyt) can range widely, between 30 and 320 mM, tending to a set point of around 100 mM (Walker et al., 1996). This range, and the exact stringency of [K+ ]cyt homeostasis, reflects, in part, some disagreement arising from the use of different methods (see Britto and Kronzucker, 2008). By contrast with the cytosolic pool, the concentration of the vacuolar K+ pool has been found to vary greatly, between 10 A and 500 mM, depending on the plant examined and the K+ growth condition (Leigh and Wyn Jones, 1984; Marschner, 1995). A stable [K+ ]cyt is considered necessary for optimal enzyme activity, and its disruption may underlie ion toxicities such as brought about by high sodium or ammonium provision (Mills et al., 1985; Hajibagheri et al., 1987, 1988; Speer and Kaiser, 1991; Walker et al., 1996; Flowers and Hajibagheri, 2001; Carden et al., 2003; Halperin and Lynch, 2003; Kronzucker et al., 2003, 2006; Szczerba et al., 2006, 2008a).