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NightSHADE解码植物的秘密信号
植物会受到多种胁迫因素的影响，例如：干旱、盐碱、高温、低温、病原体、污染物等，这些都会对植物健康和作物产量产生负面影响。研究胁迫因素的影响以及植物抵御这些因素的防御机制，有助于制定策略来减轻它们对植物健康和作物产量的影响。目前有很多方法可用于研究植物受胁迫因素的影响，但其中一些方法具有侵入性，或者需要对植物进行改造操作。基于测量植物自然特性的方法，只需极少的操作，更符合生理学原理，也更容易实施。这其中包括延迟荧光（Delayed Fluorescence，DF）和超弱光子发射（ultraweak photon emission，UPE）。 在植物生命活动的所有光学信号中，延迟荧光和超弱光子发射是最难捕获、却也是最具生物学信息价值的两类信号。它们能够反映光合作用中心的能量转换效率、应激反应引发的自由基代谢、氧化还原状态变化以及细胞损伤程度，是现代植物生理学、生态学、抗逆研究和精密育种中极具潜力的新型生物标志物。 延迟荧光 Delayed Fluorescence 延迟荧光作为植物光合作用研究的重要指标，正日益受到植物生理学、作物科学与分子生物学领域研究者的重视。延迟荧光是植物在停止光照后，光系统II（PSII）中的电子重新回流至激发态叶绿素分子，从而释放出的一种极微弱的光信号。它反映了PSII的能量状态与电子传递效率，是研究光合作用活性、植物逆境响应和能量代谢的重要指标。 超弱光子发射 ultraweak photon emission 超弱光子发射又称生物光子发射，是所有活细胞在正常代谢过程中自发辐射出的极微弱光子，强度仅为101–10³个光子·s⁻¹·cm⁻²。其来源主要是氧化代谢中产生的激发态分子（如ROS、脂质过氧化物）退激时释放的光子。UPE无需外加光源，可非侵入、无标记地反映植物的氧化胁迫状态，信号越弱表示细胞氧化压力越低，信号升高则提示膜脂过氧化或细胞损伤。 然而，DF 和 UPE 具有共同特点： Berthold NightSHADE 植物活体成像系统作为世界上第一台功能模块化设计的植物活体影像系统，源自Berthold在化学发光与生物发光领域的强底层技术积累，将DF和UPE成像提升到真正可科学分析的水平。 为什么是NightSHADE 1. 灵活的光学设置及高灵敏度 相机可安装顶部或侧面，方便观测自然生长状态下的植物 超灵敏的背照式CCD相机 最高量子效率超过90% -100°C冷却温度有效降低背景噪音，保证超高信噪比 2. 关键的环境控制 NightSHADE 有助于为您的实验创建标准化的环境。 温度控制——温度受控的底板，可在15至30°C之间保持温度稳定。 日光模拟——2个LED面板。LED的强度和持续时间可分别调节，以模拟具有光谱和强度梯度的日光。 湿度控制——系统可以放置在任何合适的环境室内。 3. 量身定制的模块化系统 NightSHADE 提供光密性暗箱，您可以根据实验需要进行设置： 暗箱内部配备电源和通讯接口，给用户根据自己的需要附加的配件提供电源和数据通讯。 支持多种检测模式：选择高灵敏度的发光检测模式，或者荧光成像系统。 提供多种样品台，支持不同样品形式。 4. 强大和直观的indiGO™软件 用户友好的IndiGO™软件控制仪器并使图像处理变得简单。它提供以下功能： 简便的波长管理 3D信息分析 整合视频制作工具 强大的用户管理系统 强大的批量处理功能。 举 例 DF&UPE结合监测植物逆境响应的研究 研究人员分别使用1片健康和1片已经出现褐变的欧洲鹅耳枥叶片作为实验材料，检测其DF&UPE。结果如图1所示。实验结果显示：健康叶片整体延迟荧光（DF）信号稳定在约8 300 cps，超弱光子发射（UPE）仅0.013 cps，基本无法检测到；而褐变叶片DF平均降至约6 250 cps，完全褐变区域DF为零，仅残留绿色区仍有荧光，与此同时UPE在大多数区域仍保持极低水平，但在绿-褐过渡带出现局部亮斑，UPE激增至0.125 cps，比健康部位提高近10倍，定量对比表明该受损区DF/UPE比值从640:1骤降至50:1，证实低DF伴随高UPE可作为叶片局部受到胁迫的灵敏成像指标。 图1. A）健康叶片（右）和褐色叶片（左）的DF发射。图像是用60 s曝光时间和2x2像素合并获得的。B）健康叶片（右）和褐色叶片（左）的UPE。图像是用10 min曝光时间和8x8像素合并获得的。C）用标准数码相机拍摄的褐色叶片的图片;方框标记显示高UPE的区域。 DF&超弱生物发光评估杀虫剂对植物影响 研究人员借助 NightSHADE LB 985植物活体成像系统，实时监测冬油菜在接受氰虫酰胺或氟吡呋喃酮处理后的延迟荧光（DF）与超弱生物发光信号（UWLE，与超弱光子发射指同一种现象），发现两种系统性杀虫剂均可通过向上（木质部）和向下（韧皮部）双向传导，在96小时内使芜菁叶蜂幼虫全部死亡。同时，杀虫剂显著提升了植物单位叶面积的光合活性（DF升高35–70%）与氧化代谢水平（UWLE升高45–50%），而受害虫啃食的未处理植株则表现出光合抑制和代谢紊乱，从而验证了新型杀虫剂在高效控害与增强作物抗逆性方面的双重潜力，如表1&2所示。 表1.比较不同杀虫剂处理的延迟荧光值 表2.不同杀虫剂处理对超弱生物发光值影响的统计分析结果 其他· 应用 除了延迟荧光（DF）和超弱光子发射（UPE），Berthold NightSHADE 植物活体成像系统还可用于： 1. 基因表达动态监测 利用报告基因（如LUC、GFP、RFP等），科研人员可以直观地观察目的基因在植物体内的空间和时间表达变化。 2.蛋白互作的动态监测 利用“分裂荧光素酶互补”实验，检测目标蛋白是否在植物体内发生相互作用。 3.昼夜节律 监测昼夜节律相关基因的表达通常需要在受控光照条件下进行数小时的成像。 4.病原体监测 可以通过基因工程改造目标病原体，使其表达生物发光蛋白或荧光蛋白。可以监测感染在时间、空间以及对多种因素的反应。 在看似静默的绿色世界中，分子层面的信息流转、基因表达的波动、外界刺激的响应，都在悄然发生。Berthold NightSHADE正是一扇窗，让我们能以光的语言，讲述植物的故事。 基因有限公司作为德国伯托（Berthold)公司中国区合作伙伴，致力于为您提供专业而全面的服务。我们将持续在“微孔板检测”、“发光检测”、“动物活体检测”、“植物活体检测”等领域为您提供解决方案，提供更多应用咨询及技术支持。如果您想了解更多内容，请扫码联系我们的工作人员吧！ 关于基因 基因有限公司成立于1992年，是一家提供生命科学科研仪器、试剂耗材和技术服务的综合服务商。基于“Gene Brightens Every Life • BioTech Connects the World”——“基因燃亮生命 • 生物技术连接世界”的愿景，专注于生命科学领域前沿技术的引进和推广，致力于推动该领域国内科研机构硬件水平及实验方案的革新与升级。同时，公司也一直致力于自主品牌的科研设备的研发与生产，拥有一系列通用性强、互补性高的自主品牌产品。 基因的服务网络遍及全国各地十多个大中城市，拥有包括仪器销售，试剂销售，市场与技术支持，维修，客服，物流等多个部门组成的完整服务体系。 我们希望通过不懈努力，为您的成功铺路搭桥，也为中国的生命科学事业赶超世界先进水平尽一己之力。欲了解更多信息，请访问www.genecompany.cn。
信号极弱、背景噪声极低、需要严格控制光刺激和暗适应条件，并要求成像系统具备极高稳定性。过去科研人员往往需要搭建自制系统，或使用通用成像平台做“超出设备能力”的实验，导致灵敏度不足、数据重复性差、定量困难等问题。
