拉曼光谱技术在植物细胞壁中应用以及展望.pptVIP

CARS与SRS技术的创立者——谢晓亮，纵横生命科学世界的华人 美国国家科学院院士，哈佛大学终身教授，Nature杂志编委 /research/faculty/sunney_xie.php 闵玮，哥伦比亚大学教授。博后期间以第一作者发表有关SRS显微技术 CARS tissue image of small adipocytes of the subcutaneous layer from mouse ear tissue. The image was taken at a Raman shift of 2845 cm-1 to address the CH2 stretching frequency. RNAi screening of new fat storage regulatory genes based on in vivo lipid quantification using label-free SRS microscopy. SRS images at 2845 cm-1 for wild-type worm (a), the daf-2 mutant (b), and the transgenic worm intestinally overexpressing the lipase (c). (d) Quantification of fat content by SRS (n = 5 worms) and thin-layer chromatography–gas chromatography. (e) SRS signal increase compared to the control for genes that resulted in a fat content increase of more than 25% when inactivated by RNAi (P 0.0001, n = 5 worms). 3 拉曼光谱在植物细胞壁中的应用 细胞壁成分很复杂，是一种纳米复合材料，微纤丝嵌入在不同基体复合物中（纤维素，果胶，木质素），得到的光谱是多种物质光谱的重叠。 植物的形状和机械强度由植物细胞壁决定，而植物细胞壁是由结构组件在复杂组合而成。细胞壁必须能够增长，因此,细胞壁具有灵活性和弹性。 细胞壁的功能特性不仅取决于细胞壁的聚合物组成,还在于聚合物大分子结构和构象,和从几纳米尺度(即规模略高于分子)到几微米高度有序的架构。而利用经典的化学技术来处理细胞壁聚合物会让这些细节丢失。 因此光谱方法发挥了重要作用检查植物细胞壁的原生状态。不仅化学成分本身的利益,还构造和组成与细胞壁层以及不同聚合物的取向和变形的变化。 关于细胞壁的主体结构的研究已经完成,在接下来的重点将次要的植物纤维以及更细小更细节的部分。 3.1微纤丝 存在的技术难点： 如果有合适的角度，拉曼光谱的强度取决于微纤丝之间的角度和激光偏振方向。 改变激光偏振平行(0°)垂直于纤维轴(90°)会导致几乎所有带非常大的拉曼强度的变化，因此,在每一个植物细胞壁拉曼实验中,纤维方向(轴)和激光偏振调整在一个已知或者定义的角度。 可以研究的内容： 可以由于纤维取向的改变造成的强度变化,由此发生不同的纤维素含量 次生细胞壁内的纤维素纤维与纤维轴变化之间的不同的壁层(S1-S2-S3),可以通过拉曼成像可视化观察 值得注意的纤维取向的变化往往对应于纤维素结晶度的变化 3.2细胞壁聚合物 纤维素半纤维素较为复杂，而幸运的是木质素和果胶都有非常明显的特征峰，因此可以利用拉曼光谱来研究。(图示杨树木材截面的拉曼图像) 3.3细胞壁分子的取向 细胞壁组件是高度有组织的，可以通过激光平行和垂直于纤维轴来验证，而研究细胞壁分子的取向。 R.H. Atalla and U.P. Agarwal, Science 227 (1985), 636–638. 3.5力学上的应用 监测分子压力 在分子水平上的力学压力监测，给分子变形 Experiments on different cell wall types during deformation will help to deepen the micromechanical understanding of plant cell walls and its macromolecules. This technique can also give important insights into the micromechanics of other biomaterials, e.g. of spider silk and of newly created bioinspired com