【育种创新加速器】安捷伦细胞分析方案赋能种质精准筛选

在“2035 年远景目标纲要”聚焦生物育种的政策东风下，育种技术正朝着高精度、高通量、多组学融合的方向加速升级。安捷伦整合代谢组学、元素分析、细胞成像、核酸分析等核心技术，打造覆盖生物育种核心流程的多组学解决方案。

图 1. 安捷伦多组学综合解决方案

细胞作为性状表达的基本单元，其代谢状态、表型特征、功能差异直接决定育种方向。安捷伦整合实时细胞代谢分析、细胞成像、流式细胞术、微孔板检测等核心技术，打造覆盖全链条细胞分析解决方案，加速优质品种培育进程。

图 2. 安捷伦细胞分析整体解决方案

一、实时细胞代谢分析：Seahorse 解锁能量代谢密码，预判育种潜力

作物抗逆性、畜禽产仔性能、种子萌发率等关键性状，本质上与细胞能量代谢密切相关。安捷伦 Seahorse 实时细胞代谢分析仪通过检测氧消耗速率（OCR）和胞外酸化速率（ECAR），实时量化线粒体呼吸与糖酵解活性，为育种筛选提供 “能量维度” 的精准依据。

在一项对模式植物拟南芥的生长代谢研究中^[1]，发现琥珀酸脱氢酶装配因子 2（SDHAF2）的缺失会导致线粒体复合物 II 活性下降，根伸长受阻，明确其对植物生长的关键作用；在砷胁迫实验中，谷氧还蛋白 S15 突变体的 OCR 显著降低，证实其通过调控线粒体 Fe-S 簇转移影响砷耐受性，为抗逆品种筛选提供代谢靶点。Seahorse 实时细胞代谢分析仪通过检测氧消耗速率（OCR），量化了拟南芥根尖细胞的线粒体呼吸活性。

图 3. SDHAF2 缺失突变体根尖细胞的线粒体呼吸活性检测（OCR 分析）

实时细胞代谢分析在动物育种研究中也起到重要作。如一项母猪产仔数关联分析中^[2]，通过对 807 头母猪的线粒体单倍型与代谢特征进行研究，发现高产单倍型对应的细胞线粒体呼吸活性更高，证实线粒体单倍型可作为产仔性能选育的候选标记，提前预判育种潜力。

图 4. 具有不同线粒体单倍型的猪耳原代成纤维细胞（左图）和胞质杂种（右图）的 OCR 水平

二、细胞成像：Cytation 可视化表型差异，精准筛选优良个体

传统育种表型筛选依赖肉眼观察和经验判断，主观性强、效率低下。安捷伦 Cytation 系列细胞成像系统整合共聚焦、正倒置荧光、明场等 7 种成像模式，实现从细胞到组织的全方位可视化，让表型差异 “数据化” 呈现。该平台已经积累了丰富的植物/动物成像方案，如考种、根分生组织蛋白表达、根部钙离子检测、维管束纵切面、原生质体蛋白/蛋白互作等。

在一项验证水稻雄性育性研究中^[3]，利用 Cytation 对水稻花粉进行多维度染色成像，清晰观察花粉外壁完整性、内壁结构、细胞核形态及 ROS 分布，验证了黄酮类化合物对雄性可育的不可或缺性，快速淘汰育性缺陷株系。

图 5. 水稻野生型 WT1 与 oschs1 纯合突变体的花粉染色成像表型

在一项排卵机制研究中^[4]，利用 Cytation 实时记录卵泡排卵过程，提出 “壁颗粒细胞层硬化” 新概念，清晰观察到硬化的颗粒层可防止排卵后细胞逃逸，为优化畜禽繁殖性能育种提供细胞学依据。

图 6. 野生型（左图）和突变体（右图）的卵泡排卵过程

三、流式细胞术：NovoCyte 高通量分选，精准锁定目标细胞

在基因编辑筛选、倍体鉴定、细胞功能验证等场景中，流式细胞术的高通量优势不可或缺。安捷伦 NovoCyte 系列流式细胞仪以多激光、多色检测能力，实现细胞层面的快速分析，覆盖植物、动物育种核心需求。

流式细胞仪的常见应用场景是倍体的快速鉴定。如流式细胞术可在几分钟内区分二倍体与四倍体连翘^[5]，通过荧光强度峰值差异直接判定倍性，适合大规模杂交后代筛选，避免倍性混杂导致的育种失败。

图 7. 二倍体和四倍体连翘流式鉴定

在动物育种场景中，流式方法学可以用于评估精子质量。如在在公羊育种研究中^[6]，通过荧光染料染色结合流式检测，同时分析精子质膜完整性、顶体状态、线粒体膜电位和 DNA 损伤程度，全面评估精子质量，将人工授精成功率提升 30% 以上。

图 8. 质膜和顶体完整性及线粒体膜电位检测

四、微孔板检测：Synergy 高通量生化分析，加速性状筛选

育种过程中，抗逆酶活性、内源激素含量、抗体水平等生化指标是性状筛选的核心依据。安捷伦 Synergy 系列多功能微孔板检测系统支持吸收光、荧光、发光等多种检测模式，实现高通量定量分析，大幅提升筛选效率。

在一项对红麻耐镉品种筛选的研究中^[7]，利用 Synergy H1 检测幼苗 SOD、POD、CAT 三种抗氧化酶活性，发现 NH₄⁺-N 处理组的酶活性显著高于其他氮源处理，从而明确该氮源可增强红麻耐镉能力，为耐重金属品种培育提供快速筛选方法。

图 9. 氮素对镉胁迫下红麻叶片中 SOD、POD、CAT 活性及脯氨酸含量的影响

在一项解析芷江鸭脂肪代谢的研究中^[8]，通过 Synergy 2 配合 ELISA 试剂盒，检测血清中胰岛素样生长因子 1（IGF-1）和胰岛素样生长因子 2（IGF-2）浓度，发现胆汁酸可通过上调这两种因子的表达，促进脂肪代谢与骨骼肌发育，为优质肉鸭品种选育提供生化依据。

图 10. 不同饮食处理下鸭子的骨骼肌发育指标

结语

从作物抗逆与营养改良，到畜禽品质提升，安捷伦细胞分析技术以 “精准量化、高通量筛选、全场景适配” 的核心优势，成为生物育种的 “效率加速器”。未来，安捷伦将持续深化多组学整合创新，用更先进的细胞分析技术，助力育种家攻克核心难点。

参考文献

[1] https://doi.org/10.1111/tpj.12041

[2] https://doi.org/10.3389/fgene.2020.579382

[3] https://doi.org/10.1093/jxb/eraa204

[4] https://doi.org/10.1002/advs.202403640

[5] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37562202

[6] https://www.mdpi.com/2076-2615/13/7/1200

[7] https://doi.org/10.3390/plants12234067

[8] https://doi.org/10.1016/j.psj.2025.105319

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