CN111397999A - 一种增强显微ct植物样品对比度的简易方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强显微CT植物样品对比度的简易方法。所述方法包括如下步骤:1)将磷钨酸溶于FAA固定液中得到磷钨酸溶液;2)采用所述磷钨酸溶液浸泡待测的植物部位进行固定和染色处理;3)采用乙醇洗涤经步骤2)固定和染色处理后的植物部位,然后加入至液态叔丁醇中并于‑20℃的条件下处理,然后进行冷冻干燥,即能增强植物样品的显微CT的对比度。经冷冻干燥后的样品进行显微CT扫描(Skyscan1172,布鲁克公司),扫描电压可为43V~49V,分辨率可为0.56~0.68μm,样品扫描后经NRecon软件重构,得到横切面图片,不同部位的植物样品都极大地提高了对比度。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强显微CT植物样品对比度的简易方法,属于生物技术领域。
背景技术
显微CT技术诞生四十多年来,在医学方面发挥了巨大作用,在地质学和材料学等方面也有较多应用。20世纪90年代末,显微CT才开始应用于植物研究中,研究根的结构、形态发育和植物化石等,但总的来说在植物中的研究应用仍不广泛。
显微CT成像需要X射线,而X射线对比度成像依赖于样品的密度、厚度和原子序数(Lusic and Grinstaff,2013)。由于植物组织主要由轻元素构成,X射线吸收率较低(约为20-40%左右),而吸收率在65-90%左右的样品成像效果最佳。此外,有些样品内部密度均一。这些导致射线透过率没有明显差别,区分密度相近的样品结构边缘非常困难,重构后的图片反差非常小,噪音高(Rousseau et al.,2015)。
在动物中,为了增强对比度或样本中的特定特征,可以将样品浸入造影剂中进行化学染色,该方法简单,已经证明对多种样品有效(Methcher,2009)。理想的造影剂应快速均匀地进入到样品内部而样品不变形,应该与感兴趣的特定特征结合,并且比周围组织具有更高的密度,以便增加X射线的衰减,从而增加样品中不同组织类型之间的对比度,最好安全无毒。Pauwels等(2013)发现在猪和小鼠的脂肪和肌肉组织中磷钨酸、磷钼酸、正钼酸盐铵的对比度最佳,而碘化钾和钨酸钠能最有效地穿透大样本。不同的固定方法效果也不一样,Sombke等(2015)发现Bouin固定液优于70%乙醇和2.5%戊二醛。
到目前为止,某些造影剂(例如碘和磷钨酸)已被广泛应用于动物,因为它们符合上述几个标准(Shearer et al.,2016)。临床医学上为减少毒性,一般使用硫酸钡和碘复合物,植物上用碘尝试的较多。因此需要一种有效增强显微CT植物样品对比度的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种增强显微CT植物样品对比度的方法,采用磷钨酸溶液浸泡植物不同部位,然后进行冷冻干燥,显微CT扫描结果显示极大地提高了植物样品的对比度。
本发明所提供的增强显微CT植物样品对比度的方法,包括如下步骤:
1)将磷钨酸溶于FAA固定液中得到磷钨酸溶液;
2)采用所述磷钨酸溶液浸泡待测的植物部位进行固定和染色处理;
3)采用乙醇洗涤经步骤2)固定和染色处理后的植物部位,然后加入至液态叔丁醇中并于-20℃条件下处理,然后进行冷冻干燥,即能增强植物样品的显微CT的对比度。
上述的方法中,所述磷钨酸溶液中磷钨酸的质量浓度可为1~20%,如1%、10%或20%。
上述的方法中,每100mL所述FAA固定液的组成如下:
50%乙醇水溶液90mL;
冰乙酸5mL;
甲醛5mL。
上述的方法中,步骤2)中,所述固定和染色处理的条件如下:
温度为4℃;
时间为2~9天。
上述的方法中,所述植物部位可为植物的花芽、花柄、茎、叶、根或种子等部位,大的样品切成几毫米长的小段,投入至所述磷钨酸溶液中后,上下颠倒几次去除气泡,至样品沉入溶液中。
上述的方法中,步骤3)中,于所述液态叔丁醇中处理10~12小时。
上述的方法中,步骤3)中,可采用2ml的体积分数为70%的乙醇溶液进行洗涤;
上述的方法中,所述冷冻干燥的条件如下:
温度为-20℃;
时间为3~5小时。
经冷冻干燥后的样品进行显微CT扫描(Skyscan1172,布鲁克公司),扫描电压可为43V~49V,分辨率可为0.56~0.68μm,样品扫描后经NRecon软件重构,得到横切面图片,不同部位的植物样品都极大地提高了对比度。其中,富含细胞质、富含蛋白的部位对比度提高更显著,对于该类样品,1%的磷钨酸溶液染色处理即可,磷钨酸溶液浓度再增加,对样品的对比度提高已无太大作用,如玉兰花芽、迎春花芽。而对于已形成细胞壁、细胞质和蛋白含量少的样品,如砖子苗叶鞘、南美油藤茎和藤,20%的磷钨酸溶液染色处理是必要的,并且需要处理的时间长一些。
附图说明
图1为分别经FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理的辣椒种子,并都经冷冻干燥后的样品的横切面(从左至右)。
图2为分别经FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理的砖子苗叶鞘,并都经冷冻干燥后的样品的横切面(从左至右)。
图3为分别经FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理的玉兰花芽,并都经冷冻干燥后的样品的横切面(从左至右)。
图4为分别经FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理的迎春花芽,并都经冷冻干燥后的样品的横切面(从左至右)。
图5为分别经FAA固定液和1%磷钨酸溶液处理的迎春花芽湿样(未经冷冻干燥)的横切面(从左至右)。
图6为分别经FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理的南美油藤茎,并都经冷冻干燥后的样品的横切面(从左至右)。
图7为分别经FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理的南美油藤藤,并都经冷冻干燥后的样品的横切面(从左至右)。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
将磷钨酸溶于FAA固定液中,得到质量浓度为1~20%的磷钨酸溶液,其中,FAA固定液的组成如下:FAA固定液(100ml):50%乙醇水溶液90ml,冰乙酸5ml,甲醛5ml。
1、辣椒种子分别投入至FAA固定液、1%、10%和20%的磷钨酸溶液中,上下颠倒几次去除气泡,至样品沉入溶液中,于4℃染色固定8天,然后采用2ml 70%乙醇水溶液洗一次,投入离心管内的液态叔丁醇中,摇晃三下使叔丁醇充分接触样品,置于-20℃过夜(12小时)。之后放入冷冻干燥器中干燥(-20℃,约3小时)。
干燥后的样品进行显微CT扫描,扫描电压为43V,分辨率为0.68μm。
样品扫描后经NRecon软件重构,得到横切面图片,如图1所示,其中,从左至右依次为FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理后的辣椒种子的横切面,对比各图可以看出,经磷钨酸溶液处理和冷冻干燥后的辣椒种子的显微CT对比度得到了显著的提高,细胞边界(特别是种皮)更清晰可辨,且高浓度的处理效果优于低浓度。
2、砖子苗叶鞘分别投入至FAA固定液、1%、10%和20%的磷钨酸溶液中,上下颠倒几次去除气泡,至样品沉入溶液中,于4℃染色固定9天,然后采用2ml 70%乙醇水溶液洗一次,投入离心管内的液态叔丁醇中,摇晃三下使叔丁醇充分接触样品,置于-20℃过夜(12小时)。之后放入冷冻干燥器中干燥(-20℃,约3小时)。
干燥后的样品进行显微CT扫描,扫描电压为44V,分辨率为0.68μm。
样品扫描后经NRecon软件重构,得到横切面图片,如图2所示,其中,从左至右依次为FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理后的砖子苗叶鞘的横切面,对比各图可以看出,经磷钨酸处理和冷冻干燥后的砖子苗叶鞘的显微CT对比度得到了显著的提高,对比各浓度的处理效果可以看出,磷钨酸溶液的浓度越高,显微CT对比度越好,因此对于砖子苗叶鞘需要采用20%的磷钨酸溶液进行染色处理,并且染色处理时间适当延长。
3、玉兰花芽分别投入至FAA固定液、1%、10%和20%的磷钨酸溶液中,上下颠倒几次去除气泡,至样品沉入溶液中,于4℃染色固定2天,然后采用2ml 70%乙醇水溶液洗一次,投入离心管内的液态叔丁醇中,摇晃三下使叔丁醇充分接触样品,置于-20℃过夜(12小时)。之后放入冷冻干燥器中干燥(-20℃,约5小时)。
干燥后的样品进行显微CT扫描,扫描电压为49V,分辨率为0.68μm。
样品扫描后经NRecon软件重构,得到横切面图片,如图3所示,其中,从左至右依次为FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理后的玉兰花芽的横切面,对比各图可以看出,经磷钨酸处理和冷冻干燥后的玉兰花芽的显微CT对比度得到了显著的提高,对比各浓度的处理效果可以看出,1%、10%和20%的磷钨酸溶液染色效果没有显著变化,所以采用1%的磷钨酸溶液染色即可,磷钨酸浓度再增加,对样品的对比度提高已无实质性作用。
4、迎春花芽分别投入至FAA固定液、1%、10%和20%的磷钨酸溶液中,上下颠倒几次去除气泡,至样品沉入溶液中,于4℃染色固定2天,然后采用2ml 70%乙醇水溶液洗一次,投入离心管内的液态叔丁醇中,摇晃三下使叔丁醇充分接触样品,置于-20℃过夜(12小时)。之后放入冷冻干燥器中干燥(-20℃,约3小时)。
干燥后的样品进行显微CT扫描,扫描电压为49V,分辨率为0.68μm。
样品扫描后经NRecon软件重构,得到横切面图片,如图4所示,其中,从左至右依次为FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理后的迎春花芽的横切面,对比各图可以看出,经磷钨酸溶液处理和冷冻干燥后的迎春花芽的显微CT对比度得到了显著的提高,对比各浓度的处理效果可以看出,1%、10%和20%的磷钨酸溶液染色处理效果没有显著变化,所以采用1%的磷钨酸溶液处理即可,磷钨酸溶液浓度再增加,对样品的对比度提高已无实质性作用。
迎春花芽分别于FAA固定液和1%磷钨酸溶液中染色后,未经冷冻干燥的湿样直接扫描的结果如图5所示,从左至右依次为FAA固定液、1%钨酸溶液处理后的迎春花芽的横切面。
对比图4和图5可以看出,与经磷钨酸溶液染色处理的湿样直接进行扫描相比,经冷冻干燥后能够显著提高样品的显微CT对比度,细胞结构更清晰可辨,这是由于湿样中的FAA或磷钨酸溶液密度大于空气,具有较强的背景噪音干扰的原因。
5、南美油藤茎分别投入至FAA固定液、1%、10%和20%的磷钨酸溶液中,上下颠倒几次去除气泡,至样品沉入溶液中,于4℃染色固定9天,然后采用2ml 70%乙醇水溶液洗一次,投入离心管内的液态叔丁醇中,摇晃三下使叔丁醇充分接触样品,置于-20℃过夜(12小时)。之后放入冷冻干燥器中干燥(-20℃,约3小时)。
干燥后的样品进行显微CT扫描,扫描电压为44V,分辨率为0.68μm。
样品扫描后经NRecon软件重构,得到横切面图片,如图6所示,其中,从左至右依次为FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理后的南美油藤茎的横切面,对比各图可以看出,经磷钨酸处理和冷冻干燥后的南美油藤茎的显微CT对比度得到了显著的提高,对比各浓度的处理效果可以看出,磷钨酸溶液的浓度越高,显微CT对比度越好,因此对于南美油藤茎需要采用20%的磷钨酸溶液进行染色处理,并且染色时间适当延长。
6、南美油藤藤分别投入至FAA固定液、1%、10%和20%的磷钨酸溶液中,上下颠倒几次去除气泡,至样品沉入溶液中,于4℃染色固定9天,然后采用2ml70%乙醇水溶液洗一次,投入离心管内的液态叔丁醇中,摇晃三下使叔丁醇充分接触样品,置于-20℃过夜(12小时)。之后放入冷冻干燥器中干燥(-20℃,约3小时)。
干燥后的样品进行显微CT扫描,扫描电压为43V,分辨率为0.56μm。
样品扫描后经NRecon软件重构,得到横切面图片,如图7所示,其中,从左至右依次为FAA固定液、1%、10%和20%磷钨酸溶液处理后的南美油藤藤的横切面,对比各图可以看出,经磷钨酸处理和冷冻干燥后的南美油藤藤的显微CT对比度得到了显著的提高,对比各浓度的处理效果可以看出,磷钨酸溶液的浓度越高,显微CT对比度越好,因此对于南美油藤藤需要采用20%的磷钨酸溶液进行染色处理,并且染色时间适当延长。
Claims (7)
1.一种增强显微CT植物样品对比度的方法,包括如下步骤:
1)将磷钨酸溶于FAA固定液中得到磷钨酸溶液;
2)采用所述磷钨酸溶液浸泡待测的植物部位进行固定和染色处理;
3)采用乙醇洗涤经步骤2)固定和染色处理后的植物部位,然后加入至液态叔丁醇中并于-20℃的条件下处理,然后进行冷冻干燥,即能增强植物样品的显微CT的对比度。
2.根据权利要求书1所述的方法,其特征在于:所述磷钨酸溶液中磷钨酸的质量浓度为1~20%。
3.根据权利要求书1或2所述的方法,其特征在于:每100mL所述FAA固定液的组成如下:
50%乙醇水溶液90mL;
冰乙酸5mL;
甲醛5mL。
4.根据权利要求书1-3中任一项所述的方法,其特征在于:步骤2)中,所述固定和染色处理的条件如下:
温度为4℃;
时间为2~8天。
5.根据权利要求书1-4中任一项所述的方法,其特征在于:所述植物部位为植物的花芽、花柄、茎、幼叶、根或种子。
6.根据权利要求书1-5中任一项所述的方法,其特征在于:步骤3)中,采用10~20倍的体积分数为70%乙醇水溶液进行洗涤。
7.根据权利要求书1-6中任一项所述的方法,其特征在于:所述冷冻干燥的条件如下:
温度为-20℃;
时间为3~5小时。
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