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植物细胞成像的一些手段——拉曼光谱成像,荧光光谱成像

发布时间:2021-07-02 09:25:25 浏览量:3610 作者:Leaf

摘要

植物在地球上有着重要的作用,光合作用提供氧气,动物和大多数其他生物是好氧的,依靠氧气生存。植物在大多数的陆地生态系中属

于生产者,形成食物链的基本。许多动物依靠着植物作为其居所以及氧气和食物的提供者。因此全面了解植物的化学组成及其结构特点

是高效利用植物的基础。

正文


传统的植物细胞成像技术需要对材料进行化学处理或者酶解分离,这样的操作就破坏了植物原本的结构组成。拉曼作为一种无损检测技

术,可以快速、原位地检测植物中多种生物活性成分。另外某些植物体本身会产生自发荧光,我们可以根据这个自发荧光来对植物进行

荧光成像,这样就可以省去加入荧光探针的操作了。


下面我们主要介绍植物细胞的拉曼成像和荧光成像。



上图为中国农业科学院农产品加工研究所郑金铠课题组发表的成果,样品是柑橘皮中的黄酮层。在黄酮层,根据特征峰偏移(精油、类

胡萝卜素和类黄酮分别为761、1156和1275 cm−1),在拉曼成像中发现了3种成分。根据代表特征峰强度的颜色来确定黄酮层中各成

分的相对含量。红色表示含量最高的区域,蓝色表示含量最低的区域。如图B所示,黄酮层中精油含量较高。精油的位置与光学图像中

油腺的位置对齐,直径约为0.2 mm(图A)。类胡萝卜素是拉曼成像中含量最高、分布最广的功能成分(图C)。结果表明,成熟柑橘果皮

的橙色主要是由类胡萝卜素决定的。图D也显示,黄酮的外层黄酮类成分较少。通过比较成像的分布和强度,可以得出类胡萝卜素、挥

发油和黄酮类3种成分相对含量由高到低的结论。



如上图为Nanobase XperRam 200拉曼光谱仪测得植物根部表面细胞的光学显微图和荧光成像图。成像区域大小为112um×68um,

空间分辨率0.5um,激发波长405nm,荧光发射波长590nm。在荧光成像中发现了两种成分,图上只显示了一种。根据代表特征峰强

度的颜色来确定植物根部表面细胞中各成分的相对含量。红色表示含量最高的区域,白色表示含量最低的区域。荧光成像图与光学图一

一对应,中间白色的地方对应光学图中有孔的地方,说明孔中不存在该成分。


拉曼光谱荧光光谱与植物细胞成像相结合,免去了植入荧光探针这个步骤,在对样品原材料不产生破坏的前提下对植物的微观结构

进行了表征,但是这两种方法也有尚且不足的地方,有些植物的荧光强度很强,会对拉曼信号造成影响,有些植物几乎没有荧光,无法

进行荧光成像。总之,这两种方法是植物成像的新兴手段,未来关于这方面的研究会越来越深入。


相关文献:Ying Yang.Chemical Mapping of Essential Oils,Flavonoids and Carotenoids in Citrus Peels by Raman Microscopy [J].Food Chemistry, 2017, 86: 2840-2846.


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