几丁质是真菌细胞壁中一种重要的结构多糖, 本文首次采用共聚焦显微拉曼技术对山茶刺盘孢菌的气生菌丝进行原位检测研究, 首先确定了采集菌丝拉曼光谱的最优实验参数, 并获得了菌丝, 几丁质标准品和背景三种物质的典型拉曼光谱, 对其中的特征峰进行归属分析, 发现菌丝光谱中有明显的几丁质特征峰。 然后对置于载玻片上菌丝的感兴趣区域进行拉曼光谱面扫描, 通过主成分分析法发现面扫描区域中, 菌丝和背景两种信号可以明显区分开来, 结合主成分的载荷因子图得到了菌丝的两个主要的特征差异峰1 622和1 368 cm-1, 1 622 cm-1属于菌丝中几丁质的特征峰, 而1 368 cm-1是来源于菌丝中的果胶多糖。 最后通过对几丁质在1 622 cm-1特征峰波段附近范围积分, 绘制了几丁质在菌丝中二维和三维的化学成像图, 直观且无损的再现了几丁质在菌丝中的空间分布。

碱水解法以其方便高效成为稻秸发酵制沼气中广泛采用的化学预处理方法, 但是碱水解对于稻秸细胞壁中高聚物成分及其空间致密交联结构的作用机理有待深入研究。 采用共聚焦显微拉曼光谱和透射电镜研究了NaOH碱处理对稻秸厌氧发酵产沼气的影响。 首先对未处理稻秸和碱处理稻秸进行微米级空间分辨率的拉曼光谱面扫描, 然后对这两类样本进行主成分分析, 发现累计贡献率达99%的前两个主成分空间中两类样本分别呈射线状分布, 两类样本分界线清楚表明碱处理导致稻叶组织的拉曼光谱响应特性发生了明显变化; 进一步分析前两个主成分的载荷图, 发现拉曼峰1 739, 1 508和1 094 cm-1是影响主成分的重要谱带, 而这三个拉曼峰分别归属于半纤维素、 木质素和纤维素的拉曼散射效应; 结合半纤维素、 木质素和纤维素的拉曼特征峰和显微图像信息实现了组织细胞中三种成分的化学成像分析, 发现碱处理破坏了稻叶组织中上述三种成分的致密空间结构, 并使它们的含量明显减少, 尤其是木质素。 由此得出结论: 共聚焦显微拉曼光谱可实现稻叶组织细胞中半纤维素、 木质素和纤维素的无损检测, 结合显微空间信息可实现稻秸中三种成分的化学成像分析, 该研究有助揭示碱处理促进秸秆厌氧发酵产沼气的作用机理。

采用共聚焦显微拉曼技术研究了炭疽病感染所致茶叶细胞壁结构和化学成分的变化。 对茶叶健康和染病组织细胞进行微米级空间分辨率的显微拉曼光谱扫描, 并结合透射电镜观察炭疽病侵染所致的细胞超微结构变化, 结果显示染病前后细胞壁的拉曼光谱位移和强度都有明显的差异, 表明炭疽病侵染导致细胞壁中化学成分发生了较大的变化。 其中由纤维素, 果胶, 酯类化合物产生的拉曼峰强度都有明显下降, 说明细胞壁中这些物质的含量在染病后减少了; 而木质素拉曼散射引起的拉曼峰强度有所上升, 说明木质素的含量在染病后有所增加。 随后基于纤维素的拉曼指纹波数和显微空间结构信息实现了茶叶健康组织和染病组织细胞壁中纤维素的化学成像分析, 结果显示炭疽病侵染不仅导致细胞壁中纤维素的含量大大减少, 而且纤维素的有序结构被破坏。 由此得出结论: 在无需对样本进行染色或复杂的化学处理的情况下, 共聚焦显微拉曼可以揭示由炭疽病侵染引起的茶叶细胞壁化学成分和结构的变化, 本研究是共聚焦显微拉曼技术首次用于植物病理学中寄主-病原物互作机制的研究, 将为深入研究寄主-病原物在细胞层面上的互作机制开辟蹊径。