h(0 - )
h(0 + )
h
Rayleigh散射
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态；
Raman散射
获得能量后，跃迁到激发虚态.
Raman散射: Raman散射的两种跃 迁能量差： E=h(0 - ) 产生 stokes 线；强 ；基态分子多； E=h(0 + ) 产生anti-stokes线 ；弱； Raman位移： Raman散射光与入射 光频率差；
1.3 细胞壁形成
• • • 细胞壁的形成是多种细胞器配合作用的结果。 新细胞壁的形成开始于细胞分裂的晚后期或早期。 细胞分裂时，在母细胞的赤道板面上，分泌囊泡 (secretory vesicles)不规则地汇聚在一块，逐渐整齐 地排列成片，组成成膜体(phragmoplast)。成膜体中 的囊泡膜相互融合与连接形成细胞的质膜，其中的内 含物连成一体构成细胞板，这是雏形的中层结构。 细胞板组成后，高尔基体小泡运输造壁物质释放到质 膜外，以充实新形成的壁。当细胞板中逐渐有果胶质 和少量纤维素分子不断地填充和掺入时便构成了中层， 在中层两侧陆续有纤维素和半纤维素等物质的沉积则 形成了质地柔软的初生壁，这时两个子细胞便形成。 此后，大多数细胞的初生壁内侧又分层、定向地沉积 着纤维素分子，它们经纬分明地交叉加固，这是增强 植物体支持能力的重要基础。纤维素分子的定向分层 沉积与微管的活动有关，秋水仙素(colchicine)可阻止 微管的形成，抑制纤维素分子的定向排列。 微管的另一个重要作用是使新形成的细胞板上保留某 些通道，参与胞间连丝的形成，使原生质在两个子细 胞间能保持联系。
甲醇vs. 乙醇
CH3OH vs. CH3CH2OH
OH Bending
拉曼是指纹光谱
CH3 Stretching Modes
Intensity (A.U.)
15000 15000
10000 10000
5000 5000
CCO Skeletal modes Bending
CH3 and CH2 Bending Modes
1923年，德国物理学家A.Smekal从理论上预言了光的非弹性散射的存在。 （A. Smekal，Nature 11 (1923) 873） 1928年，印度物理学家C. V. Raman在用汞灯的单色光来照射CCl4液体时，在液体的散射光中观测到了频率 低于入射光频率的新谱线。在拉曼等人宣布了他们的发现的几个月后，苏联物理学家兰德斯别尔格等也独 立地报道了晶体中的这种效应的存在。（C.V. Raman, K.S. Krishman, Nature 121(1928) 501） 光照射到物质上时会发生非弹性散射，散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外， 还有比激发光波长长的和短的成分，后一现象统称为拉曼（Raman）效应。
1.5 细胞壁的功能
对于细胞壁的功能，目前较肯定的有以下几个方面： 维持细胞形状，控制细胞生长 细胞壁增加了细胞的机械强度，并承受着内部 原生质体由于液泡吸水而产生的膨压，从而使细胞具有一定的形状，这不仅 有保护原生质体的作用，而且维持了器官与植株的固有形态。另外，细胞壁 控制着细胞的生长，因为细胞要扩大和伸长的前提是要使细胞壁松驰和不可 逆伸展。 物质运输与信息传递 细胞壁允许离子、多糖等小分子和低分子量的蛋白质通 过，而将大分子或微生物等阻于其外。因此，细胞壁参与了物质运输、降低 蒸腾作用、防止水分损失(次生壁、表面的蜡质等)、植物水势调节等一系列生 理活动。细胞壁上纹孔或胞间连丝的大小受细胞生理年龄和代谢活动强弱的 影响，故细胞壁对细胞间物质的运输具有调节作用。另外，细胞壁也是化学 信号(激素、生长调节剂等)、物理信号(电波、压力等)传递的介质与通路。 防御与抗性 细胞壁中一些寡糖片段能诱导植保素（phytoalexin）的形成，它 们还对其它生理过程有调节作用，这种具有调节活性的寡糖片断称为寡糖素 (oligosaccharin)。
Stocks lines
antiStockes lines
Δν/cm-1
拉曼位移（Raman shift）
Δv即散射光频率与激发光频之差。 由于拉曼位移Δv只取决于散射分子的结构 而与vo无关，所以拉曼光谱可以作为分子 振动能级的指纹光谱。 与入射光波长无关
适用于分子结构分析
20000 20000
OH stretching
00
500 3500
500
1000
1000
1500
1500
2000
2000
2500
2500
3000
光谱分类
发射光谱
2 拉曼光谱技术
原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）、X射线荧光 光谱法（XFS）、分子荧光光谱法（MFS）等
吸收光谱
紫外－可见光法（UV-Vis）、原子吸收光谱（AAS）、红外观 光谱（IR）、核磁共振（NMR）等
联合散射 光谱
拉曼散射光谱（Raman）
2.1拉曼散射效应的发现
从理论到技术—拉曼散射效应的进展
1928年，印度物理学家拉曼（C.V.Raman）首次发现拉曼散射效应，荣获1930年的诺贝尔物 理学奖，拉曼也成为自然科学亚洲诺奖第一人。 1928-1940年，拉曼光谱成为研究分子结构的主要手段。因为拉曼光谱频率及强度、偏振等
标志着散射物质的性质。从这些资料可以导出物质结构及物质组成成分的知识。这就是拉曼
要解决的问题……
木材形成与形成层的活动紧密相连 木材的次生木质部是形成层细胞分裂形成的,形成层在活动期内的活动 变化不仅影响着木质部细胞形成的数量,同时决定着木材的构造和其物 理化学性能。 形成层紡錘形细胞是如何分化出各种类型样式的木质部细胞? 分化出来的木质部细胞是怎么生长的,其在发育过程中会发生什么的变 化?而这些变化又与什么因素有关? 从细胞生物学和解剖形态学的水平来看，木材生长发育形成过程中细 胞形态结构发生了哪些变化？ 在细胞水平和组织水平上来说，木材生长过程中发生了哪些细胞力学 性质和化学成分分布的变化？ 这些问题,对于实现木材性质的改良和定向培育提供重要的理论依据。
大数据分析成为可能。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低，目前在物理、化学、生
物、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用，越来越受研究者的重视。并且形成了一门 光谱学的分支——拉曼光谱学。 重要学术会议： 国际拉曼光谱学大会(Thelnternational Confer-enceon Raman Spectroscopy,ICORS)
光谱具有广泛应用的原因。 1940-1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太弱（约为入射光强的106），并要求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等。40年代中期，红外技术
的进步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落。（原始的拉曼光谱以汞弧灯为光源,用常规摄
谱仪做色散系统,出现的谱线极其微弱,限制了拉曼光谱的发展。） 1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性 等优点，成为拉曼光谱的理想光源。而过滤器的发展过滤掉瑞利散射，计算机技术的发展使
ML 胞间层；CW1 初生壁；S1 次生壁外层； S2 次生壁中层； S3 次生壁内层
1.2 细胞壁结构成分

构成细胞壁的成分中，多糖，蛋白质、酶类以及脂肪酸等 细胞壁中的多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类 纤维素构成微团，微团组成微纤丝，微纤丝再组成大纤丝，构成细胞壁支架 次生细胞壁中还有大量木质素
•
•
•
1.4 胞间连丝
当细胞板尚未完全形成时，内质网的片段或 分支，以及部分的原生质丝(约400nm)留在未 完全合并的成膜体中的小囊泡之间，以后便 成为两个子细胞的管状联络孔道，这种穿越 细胞壁、连接相邻细胞原生质(体)的管状通 道被称为胞间连丝(plasmodesma)。 胞间连丝的数量和分布与细胞的类型，所处 的相对位置和细胞的生理功能密切相关。 胞间连丝的功能：物质交换&信号传递
1.1 木质部细胞的细胞壁结构
胞间层(intercellular layer) 细胞胞间层(intercellular layer)在分裂时，最初形成的一层是由果胶 质组成的细胞板(cell plate)，它把两个子细胞分开，这层就是胞间层，又称 中层(middle lamella)。 初生壁(primary wall) 随着子细胞的生长，原生质向外分泌纤维素，纤维素定向地交织成网状， 而后分泌的半纤维素、果胶以及结构蛋白填充在网眼之间，形成质地柔软的初 生壁。 次生壁(secondary wall) 很多细胞只有初生壁，如分生组织细胞、胚乳细胞等。但是，某些特化的 细胞，例如纤维细胞、管胞、导管等在生长接近定型时，在初生壁内侧沉积纤 维素、木质素等次生壁物质，且层与层之间经纬交错。由于次生壁质地的厚薄 与形状的差别，分化出不同的细胞，如薄壁细胞、厚壁细胞、石细胞等. 形成层细胞分化为未成熟木质部细胞，未成熟木质部细胞继续分化。其中包括 细胞壁沉积的重要过程
拉曼光谱技术在植物细胞壁研究 中的应用以及展望
细胞生物学 2014年4月8日
目录
一、维管形成层及木质部细胞细胞壁概述 二、拉曼光谱技术原理及可用于研究植物细 胞壁的拉曼显微技术 三、如何利用拉曼光谱技术研究植物细胞壁
2
截至 2010年，全世界石油储藏量为 13830亿桶，日消耗量为 8740万桶；天然气储量为 187.1万亿立方米，年消耗量为 3.1万亿立方米；煤炭储量为 8600亿吨，年消耗量为 72.7亿吨（statistical review of world energy full report 2011）。不断增加的能 源消耗量使石油，天然气和煤炭资源在 最多43 年，62 年和 120 年后将枯竭。 世界靠科技、工具与能源来改变，工业革命、科技革命和信息革命都改变了世界格局， 当今的世界格局是西方掌握的先进科技与发达信息以及石油、天然气的分布划分而成的。 而下一场能源革命已经悄悄在美国和加拿大展开…… 页岩气！美国已经拥有了生产页岩气的技术与批量生产的能力，五年之后就将生产出足 以替代石油的新型清洁能源，加上美国国内的石油与天然气开发也逐步启动，二战后按 石油储藏与生产、使用来划分的世界格局即将破局，中东的地位大幅下降，甚至会沦为 一个乱摊子；俄罗斯靠出口石油的经济将会一蹶不振。互联网大数据时代让世界从此没 有孤岛，能源革命直接决定世界的未来！ 仅仅是页岩气革命么？不！核能不可再生而且存在风险，太阳能，风能，地热能，尤其 是——生物质能植物利用太阳能，通过碳同化的过程将吸收的二氧化碳转变为有机物， 储存于植物体内。生物质能的形成过程由植物体自身完成，同时消耗掉大气中的二氧化 碳，维持大气平衡。同时全世界范围内生物质资源总量十分丰富。木材是人们利用生物 质能源的主要形式。木材即植物的次生木质部，它由木本植物的一种侧生分生组织—维 管形成层活动而 产生，因此对维管形成层发育与遗传调控的研究是使人们了解木材形 成，提高木材产量和利用率的基础。