细胞壁是植物、细菌、真菌细胞膜外的一层具有弹性的多糖聚合物为主要骨架的结构物质,对于维持细胞形态、抵御外界理化胁迫、调控细胞生长具有重要作用。目前,关于细胞壁主要组成成分及相对含量研究方法的建立已经相对成熟,原子力显微镜、透射电镜、场发射扫描电镜等高分辨显微成像技术对于细胞壁超微结构的解析起到重要的先导作用。然而,这些方法不适用于在活体水平揭示细胞壁原始结构。本研究着眼于利用光学显微镜可对活细胞进行直接观察的优势,探索用于活体生物细胞壁原始结构信息低损伤研究的新方法。植物细胞壁的主要成分为纤维素、半纤维素、果胶、木质素及少量的蛋白质,为了实现细胞壁特定组成成分的可视化,我们以14种小分子有机荧光染料作为标签,通过测定与9种细胞壁主要成分多糖结合后的激发光谱和发射光谱,预测染料的特异性结合靶标。对比细胞壁多糖和洋葱表皮细胞染色后经d STORM处理得到的相关参数及图像进行验证,并用已报道的d STORM成像效果良好的细胞壁多糖免疫荧光标签作为参照,筛选出4种具有一定应用潜力的可适用于植物细胞壁超分辨率成像的特异性荧光标签。与此同时,比较了共聚焦成像、TIRF显微成像、d STORM成像、HAWK前处理结合d STORM成像、SRRF图像处理等方法的分辨率差异。结果表明,利用筛选到的细胞壁成分特异性荧光标签结合目前较为先进的超分辨率成像技术可以在一定水平提高植物细胞壁显微成像的分辨率,这些染料标记的样品分辨率极限为50 nm,比传统的光学显微镜的分辨率提高了4倍。通过对一些荧光染料的激发光谱和发射光谱进行比较,我们发现台盼蓝、孔雀石绿、BHQ3的激发光谱与细胞膜标签染料FM4-64的发射光谱之间存在重合波段,说明这些染料间可发生FRET这种作用机制参与的荧光淬灭效应。FM4-64标记的洋葱表皮细胞原生质体、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌在成像缓冲液中加入不同浓度的台盼蓝后荧光信号的减弱程度存在一定差异,这表明荧光淬灭效应在生物介质中普遍发生,细胞壁的结构对于淬灭效应存在较大影响。以不同拟南芥细胞壁成分合成突变体、细胞壁合成抑制剂处理过的幼苗为材料,综合用3种分子大小存在较大差异的淬灭剂分子测得根部伸长区细胞体系中的淬灭效率、共聚焦图像中检测到的细胞壁纤维素微纤丝间的致密程度、从透射电镜图像中测得的细胞壁厚度、以及原子力显微镜观察到的细胞壁纳米级空间结构等信息,结果表明荧光淬灭效应可以反映细胞壁的孔隙度差异。应用该方法我们探究了干旱处理的拟南芥细胞壁孔隙度与细胞长度、根长度的关系,推测细胞壁孔隙度的增强是细胞伸长的结果而不是前提。细胞壁中果胶的含量、甲酯化水平、与果胶多糖合成及结构调控有关的酶,对于植物响应干旱胁迫而进行的细胞壁重构过程具有重要作用。将淬灭实验应用于真菌细胞系统我们发现,细胞壁变构化学物质对于抗真菌药物药效具有较大影响。结果表明,在酵母细胞中较大的细胞壁孔隙可以促进抗真菌药物的作用,其原因极有可能为较大的细胞壁孔隙度促进了抗真菌类药物的摄取。