观察植物细胞3D结构的新方法

　　最近，美国中田纳西州立大学（MTSU）的A. Bruce Cahoon博士及其同事，采用一种新方法观察植物细胞，他们将离子束的精度与电子束的成像能力相结合，在微米级分辨率放大图像。纳米元件科学家，使用聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）已经有几十年的时间，但直到最近，生物学家才开始探索它的性能。MTSU的研究人员首次对其性能进行优化，用于植物细胞成像。

　　他们得到了漂亮的植物细胞器灰度图像。大的、深色的液泡被光线镶了一层边，椭圆形的叶绿体紧贴在厚厚的、光滑的细胞壁上。丰满的浆果状脂质体围绕在圆形细胞核的周围。内质网、蛋白体和其他独特形状的结构挤在一起，像细胞内的柔性瓷砖。当研究人员将开发出的方法用于拟南芥的种子、叶、茎、根和花瓣细胞类型作图时，也获得了极好的选图。Cahoon及其同事，将相关研究结果发表在2014年6月刊的《Applications in Plant Sciences》杂志。

　　Cahoon解释说：“我们参加了在MTSU举办的一个关于FIB-SEM及其功能的开放展示，我们立即想到将其应用于植物组织观察。”离子束将样本切成薄片，每一片都被电子束捕获到一幅图像。100多份切片的图像，只有几纳米厚，研究人员将其结合起来，构建一幅细节丰富的三维图像。

　　Cahoon说：“FIB-SEM某些方面是非常有吸引力的，但我们确实不得不退后一步，革新技术用于植物组织。”幸运的是，研究人员能够从FIB-SEM用于动物组织的工作中吸取经验。动物组织流程可作为基础，来修改特定的植物技术。

　　Cahoon称：“只出现在二维视图中的亚细胞结构三维可视化，是非常令人满意的。有些组织就如同你所想象的那样，但是还有一些令人惊讶的组织，例如，花瓣细胞液泡中的无定形聚合物，在以前的电子显微镜研究中已经解散了。这些结构的三维视图显示出一个正常模式，出现在这项研究的几乎每一个花瓣叶肉细胞中。”

　　电子显微镜产生的图像，放大倍数和分辨率比光学显微镜产生的图像更高，因为电子比可见光具有更短的波长。离子束能穿透组织样本，能以前所未有的精确度将样本切成薄片。将这两种技术结合起来，可以提供其他方法无法实现的独特图像。

　　但是，所有美好的事物往往都有两面性，FIB-SEM也不例外。这个过程时间非常的密集，需要昂贵的专用仪器。组织样本必须经过高度特异性的固定程序，以固定它们用于电子显微镜成像，非导电的生物细胞需要一个导电涂层，例如铂或金合金。

　　对于MTSU的研究小组来说，耗时的成像和昂贵的设备并没有白费，他们得到了很好的结果。“由内部结构的扩展视图所引起的新问题，还需要我们去解决，此外，既然我们知道如何使用这种技术，我们就可以开始扩大光合生物的种类，至少在最初阶段，探索它们的细胞结构。”

　　开发用于种子、叶、茎、根和花瓣细胞类型成像的新FIB-SEM方法，将有助于扩大解剖学家了解细胞器性质、细胞和植物发育的现有工具。植物细胞内部的独特视图，可以揭示细胞器结构和分布的前所未有的一面。这项工作仅仅是科学领域中技术进步的一个例子，在这个例子中，材料科学为其他领域的研究人员打开了一扇新的大门。