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植物学研究用什么显微镜？

来源：技术文章更新时间：2022-08-03 浏览：2073次

一、植物学

植物在我们身边无处不在，绿色植物光合作用产生的氧气供养维系着人类的生存，人类的衣食住行也随处可见植物的身影，从开始对植物形态上的简单认识，随着后来显微工具和理论认识的发展，逐渐开始了植物解剖学、植物生理学、植物胚胎学、植物遗传学等不同的研究，使人类对植物的认识更加深刻。

二、显微成像技术在植物学研究中的应用

（1）显微镜下的植物型态植物解剖

从解剖学特点去研究植物个体构造、发育等特点，通常是借助体式显微镜或常规的生物显微镜，从比较宏观（相对于细胞大小而言）的角度对活体植物或切片植物组织进行观测，从而研究植物的器官、形态构造和发育特点。

体视显微镜下的叶子

体式显微镜下的花房，黄色为花粉

花萼组织切片显微观察

花芽切片观察

（2）显微镜下的植物生理

包括呼吸生理、光合生理等，如观测树叶的气孔结构去研究呼吸生理，气孔是吸收外界CO₂并吐出O₂的重要通道，同时影响着光合作用和蒸腾作用，一般白天开，晚上闭。其开闭受保卫细胞失水吸水控制，一般吸水后保卫细胞膨胀弯曲，气孔打开；失水后保卫细胞重新伸直，气孔关闭。

叶子的气孔

此外，这一方向还包括对植物细胞的研究，观察外界因素对植物细胞形态的影响等。

MF23+MSX2拍摄的明场状态下的植物根须切片，可见植物细胞

（3）显微镜下的植物基因学

植物细胞有自发荧光现象，包括细胞壁纤维素和木质素的淡绿色自发荧光（约540nm），以及叶绿体的蓝色和红色自发荧光（两种激发波段）。

MF23+MSX2拍摄的荧光状态下的植物根须切片（自发荧光）

目也可应用外来的植物病毒表达载体（如GFP等），通过农杆菌侵染植株，使植株细胞可以表达GFP，使用特定波长的激发光，可以观察到相应的荧光蛋白，此种方式可用于活体检测，无需预处理，且植物本身不含此种绿色荧光，可避免假阳性。这种方式，可以应用与筛选出高基因表达的植物，可提高农作物产量、质量，并不断适应人们对粮食的更高需求。

GFP荧光和自发荧光同时激发

在植物学研究中，有一类植物可称为植物界中的“果蝇"，就是拟南芥，它是一种模式生物，具有发育快、个体小、可大量繁殖、结构简单、易于观察内部结构和细胞、严格的闭花自花传粉、稳定遗传等优点。拟南芥基因帮助水稻增产；有助于人类疾病的原理研究，拟南芥中生长素信号传导途径对认识人类某些疾病的发病机理提供帮助。它在粮食增产、农作物耐逆、环境保护等域做出了重要贡献。

在异源染色质鉴定、染色体物理图谱构建、染色体RNA和基因组进化研究等域，还会使用FISH荧光原位杂交技术对植物基因进行标记，但相关技术和仪器要求较高，目还不算一种普遍的研究手段。

植物的FISH荧光原位杂交

三、显微成像技术在植物学中的挑战

（1）成像目标尺寸变化大

和模式生物研究类似，植物学研究很多时候会需要对植物宏观型态和微观型态进行成像，比如GFP标记在茎叶中的分布就需要比较低倍、宏观的成像，需要用到体视荧光显微镜或类似解决方案，而细致到细胞层面则需要用到切片搭配生物显微镜，因此视乎需要，可能需要1台或2台显微镜。

（2）观察植物荧光时减少自发荧光的干扰

在观察植物等多细胞生物时，一般利用荧光蛋白选择性地标示目标细胞或结构，在植物荧光观察中，若作为观察目标的细胞或蛋白质的信号微弱时，自身荧光会干扰识别，尤其在观察植物细胞时，细胞壁、叶绿体等发出自身荧光的物质是造成荧光模糊、重叠干扰的典型因素。使用合适的滤光片对于改善自发荧光干扰很有帮助，而且比较简单容易实现，例如在植物细胞观察中，可以使用带通发射滤光片过滤细胞壁形成的黄色荧光，从而在抑制荧光模糊等自身荧光影响的情况下进行荧光观察。

（3）活体观察时紫外光对样本和仪器的损伤

在观察GFP荧光现象时，通常会使用紫外波段的光进行激发，但是这一波长的光长时间照射对细胞损伤较大，同时对显微镜的光学镀膜也有一定的损伤，尤其对落射荧光的体视显微镜有巨大伤害。一种应对思路是将紫外波段的激发光作为单独的外置光源，可以进行独立调节控制，避免高强度长时间的照射造成样本和光学镀膜损伤，另一种思路是使用紫色V波段取代紫外线作为激发光源。

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