BPCL超微弱发光测量仪在林农业研究中的应用.ppt

1、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,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

2、象。,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。,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。,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。,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,UB

3、L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

4、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,Journal of Life Sciences,

5、http:/biomed- 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,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

6、,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

7、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

8、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

9、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 , 2933

10、00.,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,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RS

11、L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

12、力,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,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

13、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

14、新。,李群，山东省农作物种质资源中心，Seed Scicence & Technology, 2016, 34(1): 34-37.,结论：UBL强度与贮存时间呈负相关， 且与其发芽势变化呈现极强的正相关。,例10. 评价果实成熟度,果实成熟过程中超弱发光强度的变化曲线,王相友，山东理工大学轻工与农业工程学院,应用：UBL可反映果实成熟过程中代谢的变化，据此评价果实成熟度。,Transactions of The Chinese Society of Agricultural Machinery, 2004, 35(6): 215-217.,果实UBL强度变化与呼吸、乙烯释放速率的变化趋势相似

15、，均有明显的高峰出现，且出峰时间一致。,结论：,优点：,原位、实时监测果实UBL变化趋势。,李光, 河北大学，Photonics and Optoelectronics, 2009; 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

16、 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 Photoch

17、emistry & Photobiology, B: Biology, 2015, 155(1-6):137-143.,河南工业大学，粮食信息处理与控制教育部重点实验室,正常及内部感染小麦的自发光,结论：通过对自发光信号数据处理，建立识别模型，可判别正常和内部受昆虫感染的小麦。,应用：无损、快速判别谷物内部是否受到昆虫感染。,优点：BPCL可灵敏检测谷物极其微弱的发光信号。,例15. 辐照含糖食品检测,超微弱发光检测辐照即食食品，可以判断有效的辐照剂量、有效成分含量、时效。其最大的优势是不需要对照样品，通过对T、D值的检测计算，直接判断，这对于食品辐照检测的市场运用有着重要的意义。,傅俊杰，浙

18、江大学,即食麦片、奶粉的最大超微弱发光强度与吸收剂,除可灵敏、动态测量超微弱生物发光强度及光谱特性外， BPCL还被广泛应用于化学/电化学发光分析，因此还可通过化学/电化学发光手段开展与林农业领域相关的研究：,BPCL可灵敏、实时、原位探测超微弱光信号的优点对“抗氧化性”研究至关重要，BPCL在此研究领域具有重要应用，不少研究成果在Journal of Agricultural and Food Chemistry ，Food Chemistry等国际著名期刊上发表。,抗氧化性研究例子,“提取物”可与过氧化氢、羟基自由基、超氧自由基作用，而抑制过氧化氢-鲁米诺及CuSO4-邻二氮杂菲-抗坏血酸

19、反应体系的发光强度，采用BPCL实时、动态监测发光动力学曲线的变化，可根据发光曲线特性评价“提取物”的抗氧化性。,油菜籽粉多糖提取物自由基清除能力研究,石榴提取物抗氧化性及抗DNA损伤能力研究,(1). 谢笔钧，华中农业大学，Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, 55 (8): 3134-3440.,(2). 吴谋成，华中农业大学，Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57 (3): 812-819.,(1),(2),(3). 潘思轶，华中农业大学，Food Chemis

20、try, 2010, 122(3): 602-609.,研究果蔬中-隐黄质抗氧化活性,(1). 马美湖，华中农业大学， Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010, 55 (8): 3134-3440.,研究鸡蛋壳膜蛋白水解产物抗氧化性及抗DNA损伤能力,评价山楂属树叶抗氧化性,(2). 朱丹妮，中国药科大学， Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2010, 52(4): 438-445.,(4). 余伯阳，中国药科大学， Food Chemistry, 2010, 120(

21、3): 929-933.,研究生脉散清除自由基能力,研究荔枝果皮前花青素提取物抗氧化性,(5). 谢笔钧，华中农业大学， Food Chemistry, 2007, 105(4): 1446-14512.,研究银杏种子蛋白质纯化物抗氧化性,(6). 谢笔钧，华中农业大学， Food Research International , 2010 , 43 (1) :86-94.,(1),(2),(3),(4),(5),(6),抗氧化性研究例子,刘睿，华中农业大学, Food Chemistry, 2011, 126(3): 911-916.,结论：高粱种皮前花青素是一种良好的超氧阴离子清除剂，可抑

22、制致龋菌酸性物质产超氧阴离子。,应用：高粱种皮前花青素可作为防龋剂。,高粱种皮前花青素对超氧阴离子的清除率,抗氧化性研究例子,芦丁水解产物-橡黄素分析,(1). 李华，西北大学，Analytical Letters , 2006, 39(9): 2007-2024.,PMT,柱后化学发光检测芝麻油中叔丁基对苯二酚及丁基羟基苯甲醚,天然产物分析例子,(2). 李华，西南大学，Luminescence, 2014, 29 (8) :1027-32.,(3). 韩素琴，山西师范大学，Food Analytical Methods, 2017, 1-9.,检测五倍子中硫脲及单宁酸含量,(4). 韩素琴

23、，山西师范大学， Analytical Methods, 2016, 8(45): 8072-8078.,化学发光检测黄连及蒲黄中的金胺O,(1),(2),(3),(4),(1). 李华，西北大学，Microchimica Acta, 2005 , 149 (1-2): 123-129.,化学发光检测维生素中钴含量,电化学发光检测牛奶及蔬菜中的钙含量,元素分析例子,(2). 章竹君，西南师范大学，Analytical Science, 2003 , 19: 883-886.,(1),(2),(1). 李攻科，中山大学，Analytical Chemistry, 2015, 87(11): 56

24、49-5655.,农残分析例子,(1),(2),热致化学发光快速检测果蔬中DTCs残留量,鲁米诺-过氧化氢化学发光检测果蔬中有机磷及甲酸脂类农药残留量,(2). 何毅，西南科技大学，Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2015, 63(11): 2930-2934.,(2). 王剑文，苏州大学，Journal of Medicinal Plants Research, 2010, 4(9): 758-765.,其它应用例子,(1),(2),研究苹果属籽苗根部NO呼吸爆发,寡糖诱导青蒿素根部产生NO及活性氧及调节其合成的关系研究,(1). 杨洪强，山东农业大学， Plant Soil & Environment, 2011, 57(9): 418-422.,除农林业领域外，BPCL在化学、药学、医学、食品科学、环境学、材料科学等领域均有重要的应用,应用BPCL发表论文的期刊论文在各领域的的比重,部分林农业研究领域的BPCL用户信息表,2017年采用BPCL发表的部分SCI论文,BPCL为科研工作者提供了有力的研究工具，深受好评!,谢谢！,