植物组织和器官的X射线显微计算机断层三维可视化


发布时间:

2023-05-18

来源:

植物表型资讯

作者:

PhenoTrait

本文综述了自2015年以来发表的利用显微计算机断层扫描(computed tomography, CT)实现植物组织和器官三维可视化的研究。在此期间,随着高性能实验室micro-CT系统的发展以及同步辐射设施前沿技术的不断发展,植物科学领域涉及micro-CT的出版物数量也在增加。广泛使用的商用实验室micro-CT系统支持相衬成像技术,该技术适用于由轻元素组成的生物标本的可视化,似乎促进了这些研究。植物体的独特特征,特别是用于通过micro-CT对植物器官和组织成像的特征,是具有功能的空气空间和专门的细胞壁,如木质化的细胞壁。本文首先简要介绍了micro-CT技术的基础,然后详细介绍了micro-CT技术在植物科学三维可视化中的应用,主要分为以下几类:各种器官、颖果、种子、其他器官(生殖器官、叶、茎、叶柄)、各种组织(叶脉、木质部、充气组织、细胞界、细胞壁)、栓塞、根系的成像,希望显微镜等成像技术的广大用户也能对micro-CT产生兴趣,为更深入地了解植物组织器官的三维结构提供一些提示。目前大多数micro-CT形态学研究仍停留在定性水平。目前大多数使用micro-CT的形态学研究似乎仍处于定性水平。需要开发准确的3D分割方法,以便将来将研究从定性水平过渡到定量水平。

 

图1 拟南芥干种子折射-对比micro-CT三维结构分析。箭头表示茎根轴。(a)显示干燥种子中整个胚胎的断层扫描片。C,子叶;H,下胚轴;R,根;SAM,茎尖分生组织。(b)由胚根和下胚轴组成的细胞三维模型与三维显示的种子部分层析切片相结合。(c和d)层析片(c)及其相应的三维细胞模型(d)显示根冠交界处皮质细胞群的增加。比例尺= 50µm (a和b), 20µm (c和d)。

 

图2 拟南芥种子经三种离子液体处理后的断层micro-CT切片比较。每张图像对应于100% BMI-BF4 (a), 100% Ch-Lac (b)和100% P4441-DMP (c)逐步处理的种子。白色箭头表示胚胎和种皮之间边界区域的间隙。C,子叶;H,下胚轴。胞间空气空间用黑色箭头表示。比例尺= 50 μm (c)。

 

图3 吸吸过程中空气空间分布变化的时间圈成像。L. miyakojimae种子micro-CT检测。下胚轴横切面图(H)。一粒种子被吸入黄色吸管尖,在吸吸开始后2分钟开始采集micro-CT重建图像。每幅图像左下方显示的时间(min:sec)是图像采集开始后的时间。箭头表示下胚轴周围的空气空间。箭头表示细胞间隙。吸胀期下胚轴迅速膨胀后,下胚轴周围的空隙消失,细胞间空隙增大。比例尺= 100µm。

 

图4 折射对比micro-CT显示的壶状菌根状系统三维模型。(a)类根的等面模型。(b)骨化根瘤体模型的低倍放大图,显示根瘤体在基部附近的三维分布相当密集。使用ImageJ软件(a)或Imod软件(b)的3D查看器对模型进行可视化。比例尺= 1000µm。

 

 
来 源

Ichirou Karahara, Daisuke Yamauchi, Kentaro Uesugi, Yoshinobu Mineyuki, Three-dimensional visualization of plant tissues and organs by X-ray micro-computed tomography, Microscopy, 2023;, dfad026, https://doi.org/10.1093/jmicro/dfad026

 

编辑

王春颖
 

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