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    期次:第1479期   


陈良怡团队发明超灵敏海森结构光超高分辨率显微镜
本报讯 北大分子医学研究所陈良怡团队联合华中科技大学谭山团队发明了一种超灵敏结构光超高分辨率显微镜——海森结构光显微镜(Hessian SIM)。此项成果近日以全文形式在线发表于 《自然生物技术》(Nature Biotechnology)。
  在每秒钟得到188张超高分辨率图像时,海森结构光显微镜的空间分辨率可以达到85纳米,能够分辨单根头发的1/600到1/800大小结构,而所需要的光照度小于常用的共聚焦显微镜光照度三个数量级。由于极低的光漂白以及光毒性,实现了100 Hz超高分辨率成像下连续采样10分钟得到18万张超高分辨率图像,或者是在1Hz超高分辨率成像下连续1小时超高分辨率成像基本无光漂白。
  与获得2014年诺贝尔化学奖的受激辐射损耗超高分辨率显微镜(STED)相比,海森结构光显微成像以极高的时间分辨率、极低的光毒性在活细胞超高分辨率成像方面占显著优势。此外,应用海森结构光显微镜,研究人员也实现了细胞“能量工厂”线粒体的超快超分辨成像,首次在活细胞中解析线粒体融合、分裂时内嵴的活动,以及线粒体内嵴自身的重组装过程,也能够观察活细胞内质网与线粒体发生相互作用时的动态变化。
  此项突破一方面是基于硬件自主设计的新偏振旋转玻片阵列、高精度的时序控制程序以及高数值孔径物镜的应用;另一方面是创新的重构算法,借鉴了人眼区分信号和噪声的机制,首次提出将生物样本在多维时空上连续、而噪声是完全随机分布的先验知识用于构建海森矩阵,指导超高分辨率荧光图像的重建。
  超灵敏海森结构光显微镜是目前成像时间最长、时间分辨率最高的超高分辨率显微镜,适用于各种细胞、不同探针的荧光成像。可以说,所有应用点扫描共聚焦显微镜的场景都可以使用海森结构光显微镜,因而具有广泛的应用前景。
  (分子医学研究所)
贺金生课题组揭示植物多样性对高寒草地生产力维持的关键作用
本报讯 近50年来,青藏高原经历着两倍于全球平均的升温过程,同时降水格局也发生了显著的变化。剧烈的气候变化将如何影响高寒草地生态系统的结构和功能?其内在机制是什么?这些问题直接关系着高原5000万只藏系绵羊、1400万头牦牛以及大量野生有蹄类动物的生存与生长,与700万当地牧民的生产与生活紧密联系,一直为国内外研究者所关注。为解答这些科学问题,科研人员需要克服高原恶劣的气候条件,进行严格的野外气候变化控制实验,工作难度极大。
  北京大学城市与环境学院贺金生教授课题组与中国科学院西北高原生物研究所等单位合作,于2011年在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(简称“海北站”),建立了大型的“增温-降水改变”控制实验。通过野外实验,结合海北站连续32年的地面监测,以及青藏高原9个站点实验研究的整合分析,探讨了气候变化对高寒草地植物群落结构和生产力的影响。相关论文于4月17日发表在 《美国国家科学院院刊》。
  研究发现,尽管过去32年以来海北站气候呈现暖干化的趋势,但草地生产力并无显著趋势性变化。不过,32年间草地物种组成却发生了明显改变,即深根系的禾草增加、浅根系的莎草减少。这种功能群组成的变化增强了植物群落对深层土壤水分的获取能力,有利于气候变化下生态系统初级生产力的稳定。气候变化控制实验进一步证明,增温和干旱处理有利于光合产物向地下分配,但对总初级生产力无显著影响。整合分析证实了气候变暖条件下物种组成这种改变在整个高原普遍存在。这些结果表明,高寒草地植物多样性在气候变化下生产力维持过程中起着关键作用。更重要的是,课题组发现高寒草地生态系统并没有从气候变暖过程中受益,这和以前的认识完全不同。(城市与环境学院)
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