BPCL超微弱发光测量仪在林农业研究中的应用.ppt

BPCL超微弱发光测量仪 在林农业研究中的应用 Tel: E-mail: Name: 超微弱生物发光(Ultraweak or Superweak Bioluminescence， UBL) 任何生命物质都发射一种强度为10104 k/scm2 、量子产额 为10-14 10-9 ，光谱范围为180800 nm 的从红外到近紫外的 超弱光子流。 源于生物体内核酸代谢、呼吸代谢、细胞分裂、光合作用 、呼吸作用等生理生化变化过程密切相关。 是生物普遍存在的现象，蕴涵着丰富的 生命信息 著名的洋葱根有丝 分裂辐射实验 l 1923 年，前苏联细胞学家 Gurwitsch 首次在洋 葱根尖细胞分裂实验中发现了UBL现象。 l 1955 年，以Colli为首的意大利物理实验小组用光 电倍增管为核心器件的探测器对一些植物幼芽 （如小麦、谷子、菜豆、扁豆等）进行测量，证实 了UBL现象的存在。 l 20 世纪 60 年代起，UBL研究对象扩展至植物和动物的组织和器官，如青蛙的神经和 肌肉、白鼠的肝脏、水牛的心脏，甚至扩展到酵母细胞等微生物样品。 l 二十世纪 80 年代以后，以 Popp 为首的德国生物物理研究小组提出了生物光子的“相 干场理论”，认为UBL与细胞间通讯存在着关联。 l 现今，对生物超弱发光研究已经深入到细胞、亚细胞和分子水平，众多研究成果已经 汇聚产生了一门崭新的交叉学科生物光子学。 1、生物化学观点活性氧机制 UBL机制 生活细胞在生化过程中，特别是不饱和脂肪酸氧化产生的活性氧之间相互 作用，形成各种可辐射的活化状态是UBL的主要来源。 2、生物物理观点DNA光子辐射源机制。 生物的UBL强度会随DNA构象的改变而改变 3、能量转换机制 如：贮存在ATP中的部分能量以光子的形式由叶绿素分子释放出来。 Journal of Biomedical Optics 2.556 Biomedical Optical Express Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 3.0305 Photochemistry and Photobiology 2.008 Journal of Biophotonics： 3.818 Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 12.162 Journal of Photochemistry and Photobiology A: chemistry 2.477 生物光子学专刊 相关期刊 Journal of Agricultural and Food Chemistry Food Chemistry Biochimicaet Biophysica Acta Archives of Biochemistry and Biophysics Phytochemistry Fitoterapia International Journal of Food Sciences and Nutrition Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis European Food Research and Technology Journal of Life Sciences / 美国生物光子学会 欧洲生物光子学会 http:/pisa2017.photobiology.eu/ 中国光学学会 生物医学光子学专业委员会 /v3/ 国际上相应的学术组织 UBL影响因素 物理因素化学因素 氧、温度、创伤 如氧化剂、代谢抑制 剂、金属离子， 甲醛、放线菌素D 其它 磁场、pH、辐射、光 质、激素、环境胁迫 超微弱生物发光 作为极其灵敏的生物指标应用于医学、药理学、农业科 学、分析化学、环境科学等领域。 UBL在林、农业中的应用 作物代谢 抗穗 发芽能力 农事管理 籽粒贮藏 耐盐性 抗病性 抗旱性 抗寒性 耐热性 超微弱 辐照检测 种质筛选 种子活力 生物发光 如何精确测量超微弱光子辐射实现其应用？ 将 使 您 的 研 究工 作 发 光 发 亮 ! BPCL 超 微 弱 发 光 测 量 仪 BPCL超微弱发光测量仪技术 获得国家授权专利 仪器测量原理 光探测器 样品 电信号放大接口变换 信号记录 两种电信号放大方式 I - f 变换器 电流脉冲速率的转换 光子放大器 电荷脉冲幅度放大 模拟模式（直流电流）: 辐射灵敏度（mA/W)； 光照灵敏度（A/Lm） 数字模式（光子计数）：量子效率（%） 两种测量方式 两种采样速率的放大电路和接口电路 快速的和普通的I - f 变换器和放大器 快速的和普通的数字接口电路 仪器组成 温度计 干涉滤光片 加购光源 增加样品杯 温度控制 采集接口 专用软件 高压电源 光 探 测 器 样品室 仪器整套 任选件 信号放大 BPCL超微弱发光测量仪探测器 II型I型 BPCL微弱发光测量仪探测器 带有管道接口带有制冷装置 16样自动扫描测量 多样品自动扫描测量型-1 双样品同步测量型 适用于对照和实验样品 的同步测量比较 多样品自动测量 样品室空间大 可放入小动物或种子、 植株直接测量 具有良好改造性 样品室内 装毛细管电泳 样品室外加装进样阀 与流动注射装置联用流动注射化学发光 BPCL微弱发光测量仪与流动注射系统联用在生命分析、药物分析、 环境监测、食品检测等领域得到广泛应用。 与电化学分析仪联用电化学发光 BPCL微弱发光测量仪与电分析仪联用可用于癌胚抗原、 抗体、DNA、酶等物质的快速灵敏检测。 仪器主要技术特点 1. 灵敏度高：BPCL独特先进的光探测技术，可测定10-15瓦的光强，测量10-13瓦的微弱光 源可以给出1- 2万/秒的计数率。这对于细胞学研究尤为重要，比如探测巨噬细胞呼吸爆 发时产生的NO自由基，要求的灵敏度要比一般技术高10倍。BPCL无须添加化学发光增 强剂即可测定细胞中的NO发光曲线。 2. 实时快速：采用自行设计的接口技术，BPCL可边采集边显示测量的数据，形成标准 的动力学曲线。计数量程自动变换，跨越5个量级，最快采集速度可达0.1毫秒，适应快 速发光信号的探测。 3. 稳定性高：仪器长期稳定性好，十次测定标准光源发光强度的RSD1.5%。BPCL稳定 性出类拔萃，受到广大用户的一致好评。 5. 细胞培养状态的测定：细胞超微弱发光研究是具有重要意义，为此，我司可提供35毫 米国际标准的细胞培养皿使用的恒温保温加热器，深受生物学研究人员的欢迎。 6. 发射光谱测量：可选配套干涉滤波片，进行样品发射光谱测量。 7. 活体样品直接测定：BPCL样品室空间大，其底面积145毫米x 145毫米，高90 毫 米，可将活性小鼠或种子、植物组织、植株直接放入测量。 8. 测量文件数据批量处理：程序软件可批量处理测量数据的积分、平均值、偏差等。 9. 测量数据格式与Windows等程序兼容：测量数据原始可转化为txt或Excel格式，方便 后期数据处理及论文数据绘图。 4. 控温技术：为了适应生物、医学和化学样品对温度敏感的特点，BPCL采用航空工业 加热膜技术设计了样品温控系统，保证样品温度稳定在设定温度的1度范围之内。样品 池温度可以设定，室温起始，一般型高到45度，特殊型到80度。 BPCL在林、农业中的应用例子 发芽期Lox-1缺失体大豆发光强度明 显高于正常大豆 例1. 种质鉴定 农科院种质所 BPCL可无损、实时监测大豆生长过 程中发光强度的变化 两种大豆发光强度随时间的变化趋势 挑选鉴定无豆腥味大豆原料 优点： 结论： 应用： 例2. UBL研究不同培养基对凤仙花的影响 Acta Ecologica Sinica, 2013, 33 , 293300. 北京林业大学 BPCL实时监测不同培养基培养下凤仙花UBL的变化规律 大豆愈伤组织延迟发光初始光子数 和积分强度的变化 大豆愈伤组织自发发光和MDA 的变化 例3. UVB诱导的大豆愈伤组织超弱光子辐射的动力学分析 用延迟发光积分强度和自发发光定义的细胞状态参量Q和序参量R 的变化 可以反映UVB辐射对大豆愈伤组织细胞结构与功能的破坏以及去除辐射 后的细胞恢复过程。 习岗，西安理工大学，Acta Photonica Sinica, 2010, 39(8) , 14491456. 例4. 评价玉米抗旱性 万瑞168号与堰单8号玉米萌发过程中的自发发光 玉米种子在萌发过程中自发发光的相对变化率RSL可灵敏地反映了种子细胞 生命活动对水分胁迫的响应、适应和伤害的动态变化过程，依据RSL的大小 可评价玉米种子萌发期的抗旱性。 杨运经，西北农林科技大学，Chinese Journal of Luminescence, 2014, 35(2): 243-250. 例5. 水分诱导小麦粒籽超微弱发光研究 小麦粒籽发光强度与浸湿时间的关系 应用：可用于评价小麦粒籽活性及质量。 结论：小麦粒籽UBL与浸湿时间密切相关，若浸湿粒籽具有多孔结构，则可观察到强UBL信号。 Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, 2013, 11(9): 4935-4941. 梁义涛，河南工业大学 例6. 评价种子活力 种类 白菜（陈）白菜（新） 萝卜（陈）萝卜（新） 本底（5% ） 光子数550593 430489 22.1 差值43 59 白菜（陈）白菜（新） 萝卜（陈）萝卜（新） 第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天 第7天 出芽率 00 00 0011 1133 1455 1789 1789 1789 0.9 新陈种子UBL光子数统计表 种子出芽率统计表 应用：UBL有望作为一种种子活力的快速无损间接检测方法，应用于种子加工、储藏、培 育等过程中种子劣变规律研究。 郑亚飞，曲阜师范大学，德州学院学报, 2010, 26(6) , 57. 结论：新陈种子UBL强度与出芽率变化趋势基本上保持一致，UBL强度越大，出芽率越高。 例7. 植物盐胁迫研究 曹晓兵, 河北大学物理科学与技术学院 胚根长度、发光强度以及过氧化物歧化酶(SOD )活性随NaCl浓度的变化 萌发时间 (h)334969 NaCL(%)00.31200.31200.312 胚根长(mm)36.226.41335439.414.26.874.850.615.26.8 UBLcount (100 s)-1188.2176.5158.255.9239.21553144.293.6190.2172.291.989.6 SOD (Ug-1 FW)10.15.935.9910.4415.512.58.911.91397.084.88 结论：SOD随盐浓度增加而降低，其活性与UBL强度有极为密切的关系。 Journal of Tropical and Subtropical Botany, 2004,12(3): 261-264. 应用：UBL可为植物盐胁迫研究提供有效工具，优势在于无损情况下较早的了解生物 系统内部的生化反应状况，而不必进行大量的生化分析。 例8. 盐胁迫下荷莲叶延迟发光研究 延迟发光与盐胁迫时间的关系曲线 结论：延迟发光可反映盐胁迫对荷莲叶的损伤程度。 应用：提供一种无损的生物物理手段研究外部应力对植物叶片的影响。 石朝晖，德州职业技术学院，Photonics and Optoelectronic, 2010, 1-4. 例9. 种质资源保存 应用：通过测定种子的自发发光和延迟发光参数，可快速、无损地判断储藏种子活力， 确保种子的安全贮存与适时更新。 4种作物种子发芽率与保存时间的关系 4 种作物种子自身发光光子数随 保存时间的变化趋势 李群，山东省农作物种质资源中心，Seed Scicence 1-3. 例11. 研究叶片衰老同UBL关系 叶片自发光强度与叶龄关系 结论：叶片自发光强度及衰减参数随叶龄呈现先增加后降低趋势。 应用：生物自发光具有评价植物生长活力及生理状况的潜力。 例12. 鱼腥藻超微弱发光研究 水华鱼腥藻细胞密度、发光光子数-时间曲线 结论：随着藻的发生、生长和衰老，藻的超弱发光经历由弱增强、再由强减弱的变化过程。 董元彦, 华中农业大学理学院化学系，Chinese Journal of Spect roscopy Laboratory, 25(4): 673-676. 应用：藻的UBL能表征藻的生长状况，为环境监测和藻类养殖业提供了新分析技术。 优点：BPCL可原位、实时监测水华鱼腥藻生长过程中发光强度的变化趋势。 例13. 禽蛋新鲜度评价 鸡蛋延迟发光积分强度及哈夫单位随储存时间的变化 直接通过测量鸡蛋的超弱光子辐射判断鸡蛋的新鲜程度，此方法与测量哈夫单 位的传统方法相比较，具有无损和快速的特点。 习岗，西安理工大学，Transactions of the CSAE, 28(3): 263-268. 例14. 评估谷物内部是否受昆虫侵染 Journal of Photochemistry 农业基础科学研究 古佳玉中国农科院作物所农作物;生物学;农艺学; 那日内蒙古大学环境生物物理、电场和离子束生物效应 魏振林德州学院生物分子生物学和植物生理学研究 李光河北大学生物超弱发光研究 张慧婧华中农业大学农业微生物学国家重点实验室环境科学与资源利用 徐景智河北大学物理科学与技术学物理肥料 廖祥儒河北大学生命科学学院植物生物化学及分子生物学研究 习岗西安理工大学应用物理学研究 部分林农业研究领域的BPCL用户信息表 单位题目期刊影响因子 中山大学Noninvasive strategy based on real-time in vivo cataluminescence monitoring for clinical breath analysisAnalytical chemistry6.320 宁波大学 Potential-resolved “in-electrode” type electrochemiluminescence immunoassay based on functionalized g- C3N4 nanosheet and Ru-NH2 for simultaneous determination of dual targets Biosensors and Bioelectronics7.780 清华大学 Ultra-weak chemiluminescence enhanced by facilely synthesized nitrogen-rich quantum dots through chemiluminescence resonance energy transfer and electron hole injection Chemical Communication6.319 生态环境研究中心 Mechanism of intrinsic chemiluminescence production from the degradation of persistent chlorinated phenols by the fenton system: A structureactivity relationship study and the critical role of quinoid and semiquin one radical intermediates Environmental Science & Technology 6.198 北京联合大学 Identification and determination of formaldehyde, benzene and ammonia in air based on cross sensitivity of cataluminescence on single catalyst Sensors and Actuators B: Chemical 5.401 天津大学 Label-free chemiluminescent strategy for highly selective and sensitive detection of adenosine triphosphate by cofactor-dependent enzymatic ligation-triggered polymerase chain reaction Sensors and Actuators B: Chemical 5.401 长春应化所 Efficient lucigenin/thiourea dioxide chemiluminescence system and its application for selective and sensitive dopamine detection Sensors and Actuators B: Chemical 5.401 四川大学 Dielectric barrier discharge plasma-assisted fabrication ofg-C3N4-Mn3O4composite for high-performance cataluminescenceH2S gas sensor Sensors and Actuators B: Chemical 5.401 青岛大学 Concatenated logic gates by amplified chemiluminescence of hemin/G-Quadruplex DNAzyme based on a nonlinear hybridization chain reaction Sensors and Actuators B: Chemical 5.401 安徽师范大学Electrogenerated chemiluminescence behavior of Tb complex and its application in sensitive sensing Cd2 +Electrochimica Acta 4.798 中国药科大学 Chemiluminescence immunoassay for cardiac troponin T by using silver nanoparticles functionalized with hemin/G-quadruplex DNAzyme on a glass chip array Microchim Acta4.580 长春应化所 Determination of copper(II) based on its inhibitory effect on the cathodic electrochemiluminescence of lucigenin Microchim Acta4.580 福州大学 Determination of the activity of superoxide dismutase using a glassy carbon electrode modified with ferrocene imidazolium salts and hydroxy-functionalized graphene Microchim Acta 4.580 河南师范学院 Ferrocene-graphene sheets for high-efficiency quenching of electrochemiluminescence from Au nanoparticles functionalized cadmium sulfide flower-like three dimensional assemblies and sensitive detection of prostate specific antigen Talanta4.162 2017年采用BPCL发表的部分SCI论文 单位题目期刊影响因子 河北科技大学 Electrochemiluminescence of metal-organic complex nanowires based on graphene-Nafion modified electrode for biosensing application Science China Chemistry4.132 清华大学 Heterogeneous chemiluminescence from gassolid phase interactions of ozone with alcohols, phenols, and saccharides Langmuir3.833 安徽师范大学 Near-infrared-emitting NaYF4:Yb,Tm/Mn upconverting nanoparticle/gold nanorod electrochemiluminescence resonance energy transfer system for sensitive prostate-specific antigen detection Analytical and Bioanalytical Chemistry3.431 中国科学院大学 An electrochemiluminescent biosensor for dopamine detection using a poly(luminolbenzidine sulfate) electrode modified by tyramine oxidase New Journal of Chemistry3.269 天津科技大学Electrochemistry and electrochemiluminescence of copper metal clusterJournal of Electroanalytical Chemistry3.012 信阳师范学院 Sandwich-like electrochemiluminescence aptasensor based on dual quenching effect from hemin- graphene nanosheet and enzymatic biocatalytic precipitation for sensitive detection of carcinoembryonic antigen Journal of Electroanalytical Chemistry3.012 西南大学Determination of catechol in water based on gold nanoclusters-catalyzed chemiluminescence Journal of Luminescence 2.686 西安科技大学 Alleviating effect of extremely low frequency pulsed electric field on drought damage of maize seedling roots Journal of Luminescence2.686 陕西师范大学 Determination of dihydralazine based on