“看见植物沉默的光” ：高灵敏度植物活体成像系统——Berthold NightSHADE

在植物科学研究中，精准而动态地观察植物体内分子与代谢过程，是理解其生理响应、信号传导、基因表达机制的关键。Berthold Technologies公司推出的NightSHADE植物活体成像系统，正是一款将高灵敏度成像技术与植物生物学深度融合的科研利器，它为植物研究者提供了一种非侵入式、实时、定量的观测手段，使原本隐匿于细胞深处的生命活动得以清晰呈现。

1989年，德国伯托（Berthold）研发出了第一代低光子影像系统LB980 Luminograph。1993年，在这仪器上完成了第一个动物和植物活体基因表达实验，成为世界上第一个活体动（植）物光学影像系统。2010年，德国伯托研发出世界上第一台功能模块化设计的植物活体影像系统NightSHADE

什么是NightSHADE植物活体成像系统？

NightSHADE是德国伯托推出的一款专为植物活体实验设计的成像系统，具备以下核心功能：

o 支持荧光与生物发光成像

o 多通道成像同步采集

o 高灵敏度制冷CCD相机

o 适合从单个幼苗到整盆植物的多尺度成像

o 支持长时间（数小时至数天）实时成像

延迟荧光&超弱生物发光

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（Delayed Fluorescence, DF）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。

超弱生物发光（Ultra-Weak Luminescence Emission，UWLE），是指植物组织在黑暗中释放出的极为微弱的光，这个发光不依赖外源底物，而是植物自身代谢或应激过程中自发产生。它可以作为植物生理状态、氧化还原状态等的重要非侵入性指标。

该文借助 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（UWLE）信号，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。

Berthold的NightSHADE植物活体成像系统具备高灵敏度的制冷CCD相机和自动化光控系统，能够精准捕捉并量化极弱的延迟荧光信号和超弱生物发光信号，是开展植物抗逆性筛选、光合作用动态研究等实验的理想平台。

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

分裂荧光素酶互补&双荧光素酶

荧光素酶（如萤火虫荧光素酶Luciferase）被人工分裂为两个无活性的片段（N端和C端，分别记作nLuc和cLuc）。这两个片段单独表达时没有活性，但当它们被带到靠近的位置，它们会重新构象、互补形成有活性的酶结构，从而催化底物发光。

该文借助 NightSHADE LB 985 植物活体成像系统完成荧光素互补（LCI）实验，直观显示CsEIN2两种单倍型（耐寒型 CsEIN2^CTC 与敏感型 CsEIN2^TCG）与下游转录因子 CsEIN3的互作差异：前者产生强荧光信号，后者信号显著减弱。结合随后酵母单杂和双荧光素酶验证，作者证明CsEIN3直接激活冷响应基因CsCBF2和雌花发育基因CsERF31，从而将CsEIN2的自然变异、蛋白互作强度、冷耐受性与雌花比例三者关联起来。高纬度黄瓜品种富集CsEIN2^CTC，表明该基因在人工共驯化耐寒性与高产雌花过程中被定向选择。

图1. (a) 本氏烟草叶片中的LCI测试显示了来自不同基因型的CsEIN2片段与全长CsEIN3之间的相互作用。(b) 本氏烟草叶片中的LCI测试显示了截短的CsEIN2——基于CsEIN2的C-末端的不同突变体与全长CsEIN3之间的相互作用。

图2. (a) 双荧光素酶报告基因测定表明CsEIN3激活烟草叶片中的CsCBF2表达。(b) 双荧光素酶报告基因测定显示CsEIN3激活烟草叶片中的CsERF31表达。

为什么选择NightSHADE？

灵活的光学设置及高灵敏度

o 相机可安装顶部或侧面，方便观测自然生长状态下的植物

o 超灵敏的背照式CCD相机

o 最高量子效率超过90%

o -100°C冷却温度有效降低背景噪音，保证超高信噪比

关键的环境控制

o NightSHADE 有助于为您的实验创建标准化的环境。

o 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。

o 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。

o 湿度控制——系统可以放置在任何合适的环境室内

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：

o 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。

o 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。

o 提供多种样品台，支持不同样品形式。

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：

o 简便的波长管理

o 3D信息分析

o 整合视频制作工具

o 强大的用户管理系统

o 强大的批量处理功能

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！