Trends Plant Sci | 北京林业大学林金星团队构建植物细胞壁“高通量化学表征解析图”新平台|化学|北京林业大学|林金星|植物细胞壁|解析图

植物细胞壁是植物细胞最外层的重要结构，不仅在维持细胞形态、支撑植株生长方面发挥基础作用，同时也是影响木质纤维利用效率、生物质能源开发及作物抗逆性能的关键物质基础。然而，细胞壁由纤维素、半纤维素、果胶及木质素等多种高分子复杂交织而成，其在不同发育阶段及不同细胞类型中的化学组成和空间分布具有高度动态性与异质性。然而，由于空间分辨率与化学特异性难以兼顾，原位解析细胞壁复杂化学组成与动态装配，一直是植物科学的核心技术瓶颈。

近日，北京林业大学林金星团队在国际权威期刊Trends in Plant Science在线发表题为Beyond static structure: high-throughput chemical cartography of dynamic cell wall assembly的技术前沿论文（Technology of the Month）。该研究围绕如何实现细胞壁化学组成的高分辨、动态与高通量解析这一关键问题，提出了一种融合共聚焦拉曼显微技术（confocal Raman microscopy, CRM）与受激拉曼散射成像（stimulated Raman scattering, SRS）的高通量化学成像策略，构建了面向植物细胞壁复杂体系的多维解析新框架，实现了多组分的原位、动态与高分辨表征，突破了传统依赖染色或单一成像手段的静态观察局限。这是该研究团队继Trends in Plant Science (2019), SCIENCE CHINA-Life Sciences (2024) 后，第三次就植物活细胞检测细胞壁撰写相关论文。

在技术层面，该研究充分发挥CRM与SRS两种成像手段的互补优势：CRM能够获取完整的分子“指纹谱”信息，用于识别未知或复杂聚合物；而SRS则可针对特定化学键实现视频速率的快速成像，从而满足大尺度样本筛选与动态过程观测的需求。在此基础上，研究进一步结合主成分分析（PCA）与K-means聚类等无监督学习方法，对复杂重叠的光谱信号进行解混与自动分割，显著降低人为分析偏差，从而在单细胞尺度上揭示纤维素、果胶及木质素等关键组分的空间异质性及其动态装配过程。

在应用验证方面，研究以蓖麻（Ricinus communis）种皮发育过程为模型体系，系统展示了该技术平台在复杂生物体系中的解析能力。在无需外源荧光标记和破坏性处理的条件下，该方法以亚微米级空间分辨率实时捕捉到木质素组分由愈创木基（G-lignin）向儿茶酚型（C-lignin）的大规模转变过程，并通过二维核磁共振技术（2D-HSQC NMR）进行了验证，充分展示了该策略在解析细胞壁化学重塑与发育调控中的优势。

综上，该研究整合高分辨成像、高通量检测与智能数据解析手段，推动植物研究从静态结构观察向动态化学表征转变，实现了植物表型组学研究范式的重要升级。该技术体系的建立，将为深入解析植物抗逆机制、优化林木生物质加工利用效率以及推动作物分子设计育种提供关键技术支撑，并在植物科学与材料科学交叉领域展现出广阔应用前景。