不僅動物有，植物也有活體成像系統(tǒng)！

 

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在不破壞生物體組織的前提下，采用活體成像技術(shù)檢測生物體的發(fā)光信號，具有操作簡單、直觀、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)及藥物研發(fā)等方面。成像原理主要有二種，一種是依賴熒光素酶基因的生物發(fā)光成像，另一種是熒光成像，依賴于熒光蛋白、熒光染料、納米顆粒等熒光物質(zhì)。

 

圖1、生物發(fā)光的原理

 

圖2、GFP熒光成像原理

 

活體成像系統(tǒng)在植物學(xué)研究領(lǐng)域中，最廣泛的應(yīng)用方向有下面二個(gè)：

 

在植物分子生物學(xué)研究中，目的基因或啟動子的功能研究都必須通過轉(zhuǎn)基因植物純系鑒定和分析。因此，從大量的轉(zhuǎn)化后代個(gè)體中獲得高表達(dá)的轉(zhuǎn)化植株是進(jìn)行這些研究的前提。用傳統(tǒng)方法篩選理想的轉(zhuǎn)化體及純系需要耗費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力，而應(yīng)用植物活體成像可以顯著提高轉(zhuǎn)基因植株的篩選效率，具有不可替代的優(yōu)勢，即快速簡單、特異性強(qiáng)、直觀、靈敏度高等。

 

圖3、上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場

 

圖4、IVScope 7200植物活體成像用于轉(zhuǎn)基因（熒光素酶）煙草的篩選

 

圖5、IVScope 7500植物活體成像用于轉(zhuǎn)基因（GFP）水稻的篩選

 

地球自轉(zhuǎn)引起光照和溫度等諸多環(huán)境因子晝夜周期性變化。為了更好地應(yīng)對變化的環(huán)境信號，生物體進(jìn)化出內(nèi)源性生物鐘系統(tǒng)來協(xié)調(diào)環(huán)境變化與自身生長發(fā)育。

 

生物鐘節(jié)律主要由周期、振幅和相位3個(gè)參數(shù)決定。植物生物鐘參與調(diào)控植物多種生命活動，如葉片衰老、生長代謝、開花過程、光合作用以及對生物和非生物脅迫的響應(yīng)，在植物正常生長發(fā)育過程中起著非常重要的作用。

 

利用生物鐘關(guān)鍵基因的啟動子驅(qū)動熒光素酶（luciferase，LUC）表達(dá)，結(jié)合植物活體成像系統(tǒng)，是目前植物生物鐘研究最可靠且最重要的方法，具有非損傷、時(shí)間精度高且自動化等優(yōu)點(diǎn)。

 

圖6、IVScope 7500植物活體成像用于生物鐘轉(zhuǎn)錄調(diào)控分子機(jī)制方面的應(yīng)用

 

上海勤翔推出的IVScope7000系列植物活體成像系統(tǒng)，由暗箱、激發(fā)光源、機(jī)械控制平臺、CCD攝像系統(tǒng)、圖像采集分析軟件、計(jì)算機(jī)等部分構(gòu)成。系統(tǒng)通過激發(fā)光源激發(fā)活體體內(nèi)熒光或生物發(fā)光，通過高靈敏CCD相機(jī)捕獲光子信號，它既可以對標(biāo)記物進(jìn)行長時(shí)間反復(fù)跟蹤成像，又可以了解標(biāo)記物在植物體內(nèi)的時(shí)空分布情況，具有超高的檢測靈敏度以及靈活的操控性。

 

圖7 中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所現(xiàn)場

 

可選背部薄化背照式制冷 CCD 相機(jī)，最低制冷溫度可達(dá)絕對 -100 ℃，量子效率最高可達(dá) 95%。

 

圖8 背部薄化背照式制冷 CCD 相機(jī)

 

F0.8 大光圈可預(yù)置步進(jìn)控制調(diào)節(jié)鏡頭，可實(shí)現(xiàn)最大程度光的透過性。

 

對外界光線絕對封閉的暗箱設(shè)計(jì)，使其即使在正常實(shí)驗(yàn)室光線下也可成像。

 

配備四組大功率 LED 光源，波長和光強(qiáng) 0~100% 可調(diào)，完美模擬植物自然生長的關(guān)鍵要素。

 

圖9 大功率光照系統(tǒng)

 

電動可預(yù)置樣品臺，可根據(jù)植物樣品進(jìn)行快速對焦，同時(shí)避免植物葉片間的遮擋，便于根據(jù)客戶需求針對特定部位進(jìn)行成像，適用于培養(yǎng)皿中的幼苗，植物葉片，植物種子，小型植株等。

 

可選配溫濕度控制系統(tǒng)，溫度控制范圍為 8 ℃~36 ℃，濕度控制范圍 0~100%RH，保證植物的生長環(huán)境嚴(yán)格符合實(shí)驗(yàn)要求。

 

圖10 溫濕度控制系統(tǒng)

 

可選配多種熒光光源及濾鏡系統(tǒng)，IVScope 的觀測范圍涵蓋紫外、可見光及近紅外波段，使市面上的幾乎所有熒光探針都可以應(yīng)用。