本文发表于 Molecules 期刊，于 2020年5月21日 接收并在线发表。作者 Lloyd Donaldson 来自新西兰皇家林业研究所（Scion）。这是一篇关于植物自发荧光现象的综合性综述（Review）。全文系统梳理了植物体内各类自发荧光分子的理化性质、成像技术与实际应用，旨在阐明如何将传统上被视为成像干扰因素的自发荧光，转化为一种无需标记的有效研究工具。文章围绕叶绿素、木质素、其他细胞壁及细胞质荧光团、诱导荧光以及前沿的荧光分析技术（F技术）展开，为植物学、农学及生物材料学提供了重要的方法论参考。

文章首先探讨了植物自发荧光的两面性。一方面，自发荧光常被视为有害的干扰源，它会妨碍荧光染料标记、绿色荧光蛋白（GFP）等报告分子的检测以及免疫定位技术的准确性。另一方面，作者强调，如果利用得当，自发荧光可以作为一种无标记（label-free）的检测手段，通过光谱成像技术特异性识别特定分子，这无疑是实验研究的一大优势。文章特别指出，在进行自发荧光研究时，必须认识到同一位置可能存在多种荧光分子，因此其来源需结合组织化学染色等多种方法综合分析。此外，为防止荧光化合物被溶剂洗脱或重新分布，制备显微样品时，应使用新鲜组织并选用水性缓冲液（aqueous buffers）作为封固介质，而非含溶剂的固定液如FAA。

对于植物中最重要的两种自发荧光分子，文章进行了详尽论述。首先是叶绿素（Chlorophyll），它可被紫外、蓝或绿光激发，呈现明亮的红色荧光，其双峰发射光谱集中在685纳米和720-730纳米处，分别对应光系统II和光系统I。这种荧光特性被广泛用于无创地评估植物光合效率、电子传递及二氧化碳同化，研究者可利用手持设备乃至无人机、卫星遥感进行快速筛选。叶绿素荧光的量子产率在溶液中为0.25，其整体光谱可被解卷积（deconvolution）为多个高斯（Gaussian）组分，反映出复杂的发射特征。其次是木质素（Lignin），作为由松柏醇、芥子醇等构成的丰富天然聚合物，它在紫外激发下于360纳米处有发射峰，被认为源自其结构内的二苯乙烯（stilbene）和苯基香豆酮（phenylcoumarone）等荧光团。由于木质素分子内存在多种荧光团，其发射波段极宽，也可被可见光激发。其荧光强度受到分子环境影响，例如，打断与半纤维素的共价键或去除羰基通常会增强荧光。木质素荧光已被广泛应用于木材表型分析（如评估转基因植株的变异）、应压木（compression wood）鉴定，甚至可作为生物传感器，利用其与特定分子的相互作用来测定细胞壁孔隙度。

针对其他细胞壁相关的荧光团，文章也做了细致区分。阿魏酸（Ferulate） 在紫外激发下呈弱蓝色荧光，但在高pH条件（如氨水熏蒸）下会特征性地转变为亮绿色，这是识别它的关键依据，在针叶树韧皮部中尤为明显。角质（Cutin） 和 木栓质（Suberin） 均为疏水性聚酯，其荧光光谱与木质素相似，但木栓质在蓝光激发下的自发荧光显著弱于木质素，这构成了区分两者的基础。孢粉素（Sporopollenin） 是孢子和花粉外壁的惰性生物聚合物，其紫外激发蓝色荧光主要源于此，但花粉中复杂混合的类黄酮和类胡萝卜素也增加了其荧光组分的复杂性。类黄酮（Flavonoids） 种类繁多且生物活性强，其自发荧光主要在绿、黄和橙色波段，使用 Naturstoff 试剂可特异性增强这种荧光。而缩合单宁（Tannins） 则是树皮和木材中常见的橙色荧光团，发射峰约在565纳米。

在成像与分析技术方面，文章重点介绍了光谱分离与先进的F技术。由于组织常含多种荧光团，传统的单通道成像价值有限，而序列激发/发射成像利用声光可调滤波器等技术可快速获取多通道信息，并避免发射光串色。光谱解混则能进一步从光谱图像序列中通过参考光谱或盲解卷积算法，区分发射光谱仅轻微差异的不同分子，例如区分杨木中的愈创木基（G型）和紫丁香基（S型）木质素。在F技术应用中，荧光寿命成像（FLIM） 不依赖荧光强度，而是通过测定荧光寿命（τₘ）来实现成像。例如，观察到花青素在液泡中的寿命短于细胞质，这与液泡内的低pH环境有关；而正常材与应压材中的木质素也表现出差异显著的寿命分布。福斯特共振能量转移（FRET） 则被用来研究分子间距小于10纳米的相互作用。例如，以木质素为供体，罗丹明染料为受体，可通过FRET效应测定细胞壁不同区域的化学可及性，发现高度木质化的胞间层比纤维素丰富的次生壁更难被染料渗透，这为木材改性优化和生物燃料预处理提供了直接证据。

这篇综述具有极高的实用价值和科学深度。它不仅系统地对比了植物界不同荧光分子的物理化学特性，为研究者鉴别这些信号提供了清晰指南；更重要的是，它揭示了自发荧光从“背景噪音”到“核心数据”的科学潜力。文章提出的结合荧光强度、寿命成像及拉曼、FTIR光谱的多维联用策略，预示着未来在单细胞层面进行更精准生化解析的可能。无论是通过叶绿素荧光进行作物生理遥感监测，还是利用木质素荧光揭示细胞壁纳米结构，这些无标记技术都展示了广阔的应用前景，为植物生物化学、病理学及生物材料表征领域提供了强有力的研究范式。