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顯微成像·洞察微觀之美

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模式生物研究用什么顯微鏡好？

發(fā)布時間：2025-10-10

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一、什么是模式生物

模式生物是可用于研究與揭示生命體某種具有普遍規(guī)律的生物現(xiàn)象的一類生物。根據(jù)研究目的的不同，選擇合適的模式生物是十分重要的，如在遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)中，線蟲、果蠅、小鼠等是比較合適的選擇；在人口與健康領(lǐng)域，應(yīng)用比較典型的是斑馬魚、果蠅、秀麗隱桿線蟲等；在植物學(xué)研究中比較常用的有，擬南芥、水稻等。

被選擇的模式生物一般都有以下幾個共同特征；

（1）有利于回答研究者關(guān)注的問題，生理特征能夠代表生物界的某一大類群；

（2）世代短、子代多、易于在實驗室內(nèi)飼養(yǎng)繁殖、遺傳背景清楚；

（3）容易進(jìn)行實驗操作，特別是遺傳操作以及表型分析。

以下是幾種比較典型的模式生物：

（1）斑馬魚

具有繁殖能力強(qiáng)、體外受精和發(fā)育、胚胎透明、性成熟周期短、個體小易養(yǎng)殖等諸多特點，是進(jìn)行毒理學(xué)、胚胎發(fā)育機(jī)理研究、基因功能研究、疾病發(fā)病機(jī)制研究的理想選擇。

（明美體視顯微鏡MZX81明場拍攝下的斑馬魚

（MZX81拍攝熒光標(biāo)記的斑馬魚）

（2）秀麗隱桿線蟲

無脊椎動物中的秀麗隱桿線蟲，是一種食細(xì)菌的線性動物，其體長度 1mm，通身透明，主要以雌雄同體方式存在，體細(xì)胞數(shù)目恒定，特定細(xì)胞位置固定，是目前單一一個身體中每一個細(xì)胞都能被溯源的生物。在胚胎發(fā)育、性別決定、細(xì)胞凋亡、行為與神經(jīng)生物學(xué)等方面研究中得到廣泛應(yīng)用，也是是衰老和壽命研究中重要的模式生物。

（MZ62明場拍攝的秀麗隱桿線蟲）

（MF53拍攝的熒光標(biāo)記的秀麗隱桿線蟲）

（3）果蠅

昆蟲綱的黑腹果蠅繁殖迅速、多產(chǎn)、染色體數(shù)量少（僅4對）、易于進(jìn)行基因定位與操作、容易誘導(dǎo)明顯的突變表型，是研究遺傳和發(fā)育的重要模式動物。

（MZ62拍攝明場狀態(tài)下的果蠅）

MZX81拍攝的熒光標(biāo)記果蠅

（4）小鼠

屬于哺乳動物綱、嚙齒目、鼠科、小鼠屬，個體小、溫順、容易飼養(yǎng)，具有和人類相似的發(fā)育過程和組織解剖結(jié)構(gòu)等特點，此外，小鼠基因與人類基因高度同源，百分之99的人類基因在小鼠基因組中能找到相應(yīng)的基因，因此它成為解析人類基因功能、研究人類疾病重要的模式生物，是當(dāng)今世界上研究很詳盡的哺乳類實驗動物。

MF43-N拍攝的小鼠熒光腦片

二、模式生物成像難點

（1）要兼顧宏觀和微觀觀察。斑馬魚、果蠅、小鼠等模式生物尺寸較大，有一定的厚度和大小，一般的生物顯微鏡無法滿足整體的宏觀觀察需要，因此需要使用長工作距離、大視野、大焦深的體視顯微鏡；而當(dāng)要對樣品的切片進(jìn)行微觀觀察時，體視顯微鏡放大倍率又不夠用，需要搭配生物顯微鏡解決。一般模式生物研究需要用到這兩種顯微鏡結(jié)合。

（2）熒光成像對儀器提出較高要求。模式生物研究經(jīng)常會用到熒光染色或熒光素對特定目標(biāo)物質(zhì)或器官進(jìn)行標(biāo)記，在成像時，需要熒光信號具有高度特異性，不能相互混合影響成像質(zhì)量，這要求合理選定染料并使用合適的濾光片組。生物顯微鏡可以輕松實現(xiàn)熒光需求，但體視顯微鏡則比較難滿足，因為體視熒光顯微鏡不常見，而很多體視顯微鏡又無法升級安裝熒光模塊和濾光片組，或初級物鏡的品質(zhì)不理想，需要注意挑選MZX81等成熟方案。

（3）熒光成像對相機(jī)提出較高要求。熒光成像用于模式生物研究有光毒性和成像速度兩大挑戰(zhàn)，部分單細(xì)胞或少量細(xì)胞的模式生物對光毒性比較敏感，要縮短成像時間關(guān)閉不必要的波段，避免過長時間的照射和紫外線波段導(dǎo)致光毒性的累加對其健康造成損害，另一方面，部分研究可能需要動態(tài)觀察目標(biāo)，靈敏度低的相機(jī)幀率會太低導(dǎo)致無法觀察。這要求盡量才是高靈敏度的相機(jī)。

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