扫描电子显微镜（SEM）协议有问题的工厂，卵菌和真菌样本

摘要

Problems in the processing of biological samples for scanning electron microscopy observation include cell collapse, treatment of samples from wet microenvironments and cell destruction. Low-cost and relatively rapid protocols suited for preparing challenging samples such as floral meristems, oomycete cysts, and fungi (Agaricales) are compiled and detailed here.

摘要

在生物样品的用于与扫描型电子显微镜（SEM）的观察处理常见的问题包括细胞崩溃，治疗从湿微环境和细胞破坏样品。用年轻的花组织，卵菌囊肿，真菌孢子（伞菌）为例，具体的协议来处理这里描述了克服一些在样品处理的SEM下图像采集的主要挑战细腻的样本。

固定FAA花分生组织（福尔马林乙醇），并与临界点干燥机（CPD）进行处理并没有显示倒塌细胞壁内或扭曲器官。这些结果对于花发育的重建的关键。从湿微环境，如戊二醛固定的卵菌囊肿样品的类似的基于CPD处理，是最佳的，以测试的诊断特征在不同类型的su差动生长（ 例如，囊肿刺）bstrates。补液，脱水和CPD处理，这些细胞的进一步的功能研究的一个重要步骤后避免附着到真菌孢子护士细胞的破坏。

这里详细的协议代表了低成本和收购的良好品质的图像重建生长过程和研究诊断的特点迅速的替代品。

引言

在生物学上，利用扫描电子显微镜（SEM）已经扩展到构造演化，比较形态学，器官发育，以及人口或物种¹表征的研究。随着微观结构的二维视图，如微观和系统学区从SEM技术的进步，因为在20 ^世纪下半叶获利。例如，引入在20世纪70年代的溅射镀膜方法制成精巧的材料可能观测诸如茎尖和花增强非导电组织^2,3的摄像。 SEM使用从试样的表面喷出重现地形在高真空环境中^4个电子。

在涉及SEM研究主要集中在结构特征既推理和growt重建^ h的进程。而相关的分类结构的新字符的范围广泛的生物系统学已经从SEM的观察发现。例如，用于物种诊断或supraspecific分类植物性状，如木材^_5，柱头多样性^6，蜜腺和花形态^7,8，毛状体细节⁹和花粉的笼罩下的凹坑^10，11，将不能正确而不可视SEM。与传统的SEM观察的成功已经也实现了长期福尔马林固定的生物体¹²和植物腊叶标本^13。

在另一方面，利用扫描电镜生长过程重构研究涉及广泛的议题，如器官发育¹⁴的INFE由细菌^15，植物根系生理^16，寄生虫主机连接机构^17，18日 ，寄生虫^19，重寄生和抗菌^20，21，生长畸形^22，野生型和突变的个体²³的比较发展和整个生命周期的药物作用引起的ctions ^24。虽然环境扫描电子显微镜^（ESEM）25可以具有重要的优点为湿的生物样品在生长过程中的观察，细腻的材料仍然可以甚至在ESEM）的低真空条件损害，并且需要适当地处理，以避免损失宝贵的形态学观察。

在本文中，具体的协议三种差异的SEM观察审查erent类型的样品，提出:花分生组织，卵菌（ 水霉 ）和真菌的材料。这些协议编译我们以前基于SEM研究^{26，27，28，29，30，31，32，33，}其中的具体困难和替代解决方案已经发现的经验。在植物发育的比较和结构研究的情况下，利用SEM起步于上世纪70年代^34，35，从那时起，研究人员发现，某些花的特点是比以前认为的³⁶更不稳定。花发育的改造涉及到年轻的花分生组织和花之间的所有阶段的捕获。为了达到这个目的，它是ESSE微分方程边值问题的样品形貌和细胞壁完整性固定和随后的脱水后，不会受到损害。年轻的花分生组织特别容易被细胞壁塌陷（ 图1a，1b）。同样，结构精细，如蜜腺，花瓣，柱头和孢子囊需要有效和undamaging协议。本文总结了一个最佳的方案，以保持娇嫩的组织完好SEM成像。

在卵菌（原生藻菌）寄生虫最多样化的和广泛的基团的酮，与主机从微生物和植物，以无脊椎动物和脊椎动物³⁷的情况下-有一些生长和在潮湿环境中培养孢子。这一条件表示为SEM观察的挑战，因为孢子需要适当的衬底不适合标准的SEM协议。间的卵菌纲， 水霉的种是特别感兴趣的，因为它们的Cañ引起aquacultures，渔业和两栖动物数量严重³⁸减少。微形态特征，如包囊的钩状刺，已发现是确定水霉，这是基本的，以建立感染的控制和潜在的治疗³⁹的种类是有用的。这里，有一个实验方案来比较包囊在不同基材上的脊柱生长的图案和操纵为临界点干燥器（CPD）制备和随后的SEM观察样品。

在第三情况下，存在的真菌Phellorinia herculanea f的孢子的检查之后想出有趣的发现。 斯泰拉塔 F。新星（伞菌^）31。连同孢子，一组苗圃意外的细胞是在SEM下确定的。与以往传统的协议和未经处理的材料，护士进来细胞欧ŧ完全坍塌（ 图1c）。关于相关的孢子特定组织进一步推论可以用简单但重要的修改，以这里所描述（ 图1d）的标准方法进行。

在该评价中，有可以使用的处理与在SEM观察相关联的不同问题的详细SEM协议被子植物，卵菌和伞菌，如细胞瓦解和分生组织萎缩，囊肿棘非最优生长，破坏短暂的组织，分别为。

图1:无（A，C）和（B，D）的协议，FAA -乙醇- CPD处理样品的比较。 （A - B）Anacyclus棒曲霉，中期发展的花蕾。芽四氧化锇^{46 <}处理/ SUP>（ 一 ）和巴德与FAA-CPD协议（ 二 ）处理。 （C - D）护士细胞Phellorinia herculanea的F孢子。 斯泰拉塔。干燥的样品未经任何处理（c）和与伞菌（ 四 ）这里所描述的协议。孢子为橙色。秤:（AB）100微米，（CD）为50μm。照片是采取Y.鲁伊斯 - 莱昂。 请点击此处查看该图的放大版本。

研究方案

注:本协议包括六个主要部分，三专门为特定的生物（第1-3款），以及三个描述程序都（4-6）常见。星号（*）表示实验者修改的步骤。

1.制定研究和完全形成植物结构

1. 收集和固定
   1. 如果该植物材料被收集在一个地方，没有访问一个通风橱，介绍并浸泡在70％乙醇中的材料离心管中。理想的情况下，浸入该材料在美国联邦航空局（步骤1.1.1-1.1.3）48小时后，以避免在乙醇过度脱水。如果通风橱是植物材料可以访问，请忽略此步骤并继续1.1.1。
   2. 在装有醛滤波器通风橱制备福尔马林乙醇（FAA）固定剂。添加85份的70％的变性乙醇，10份的60％的甲醛溶液，以及5份冰醋酸的。准备FAA刚刚杀青的材料，作为其长期储存之前，不建议^40。
   3. 在通风橱，倒FAA的股票进入各个广口防漏塑料瓶。因为有提供样品使用尽可能多的瓶子，并创建样品标识标签。
   4. 选择花卉或营养分生组织修复，从而确保它们不会被昆虫，真菌，或极端的天气条件损坏。切枝，除去不需要的材料，并立即沉积在样品中的FAA的溶液。
   5. 72-96小时后，倒入FAA转化为化学处理的塑料容器。立即，洗样品三次以新鲜的70％乙醇，以除去任何残留的FAA的。固定材料可以无限期储存在70％的乙醇。
2. 解剖和脱水
   1. 使用超细镊子解剖在70％乙醇固定材料的体视显微镜下，NEedles，镊子，刷子，和微型手术刀（组织的最大尺寸应约1 cm ³时，或2厘米扁平材料）。解剖样本放进有盖的乙醇，以防止组织从干燥培养皿。使用培养皿覆盖有干燥的黑硅基地，以更好地看到反差的白色组织。
   2. 放入样品容器中的解剖材料的临界点干燥器（CPD， 图2a）。此时，浸入容器放入培养皿，用70％的乙醇，并且包括样品标识标签（用纸和笔制造）。为了更有效的干燥用于进一步操作，避免在同一容器中混合的年轻和成熟的样品。*
   3. 放置在容器的盖和用大量的70％乙醇将它们存放在塑料离心管中。过夜储存管，如果不立即处理的材料。
   4. 通过以下乙醇甲级传送解剖材料S IN密封罐或离心管:70％，90％，100％和100％。离开样品中至少1小时各溶液。保持样品过夜在100％乙醇溶液中。
   5. 与材料的CPD（第4节）转移容器。
3. 安装和准备的植物组织的SEM观察
   1. 写SEM样品架（即铝存根）下的样品标识号。覆盖双面胶带存根的顶部。放置存根成试样保持器（ 图2b）。
   2. 在立体显微镜，小心地打开携带的CPD已经干燥娇嫩的样品容器。请记住，在CPD处理后，样品变得更轻和敏感的静电。关闭一旦样本已经取出，以避免灰尘或杂质的容器。
   3. 把样品存根的粘物表面上，规划未来所需位置（一旦样品触摸表面，这是非常难以去除它们）。不要试图携带在这一点上大清扫;只是删除多余的组织，很容易回升。对于孢粉研究，解剖花药和打开它们暴露在存根花粉。
   4. 把长的样品（ 例如，长2厘米），诸如在水平位置花序。如果可能的话，同样的结构极，侧面和底部的意见东方样本。在存根留样本之间足够的空间。
   5. 如果样本不能立即处理，让他们在一个密闭容器保护一夜之间用硅胶，以避免补液（ 图2c）*。涂层用溅射镀膜机，并将它们传送到SEM的样品（第5和6）。

图2:工具样品manipulati并SEM观察前处理。 （ 一 ）钢铁制造与有孔的墙壁在CPD室中的乙醇/ CO ₂交换标本容器。 （b）一种塑料试样保持器内钢存根。 （c）使用玻璃容器保持在湿度和防尘的样本。在碱，为硅胶的隔室。 （ 四 ）临界点干燥机。在前面，有（左到右）的压力计，电源开关，温度控制系统，和温度显示。对CO ₂ -乙醇互换平时工作压力为60巴（800磅）。在顶部，有四个阀（入口，漏，通风和排气的控制）侧翼的中心样品室中。照片是采取Y.鲁伊斯 - 莱昂和MA贝洛。 请点击此处查看该图的放大版本。

< p系列="jove_title"> 2。研究不同的表面水霉 （卵菌纲）囊肿行为

1. 成长和固定囊肿
   1. 制备蛋白胨和葡萄糖（PG-1）用D-媒体⁴¹ - （+） -葡萄糖（6克）和真菌蛋白胨（3克）*。加起来900毫升自来水和高压釜中于121℃40分钟。倾50毫升预先高压灭菌溶液A（的NaH ₂ PO _4，0.13 M）和50毫升的溶液B（ _的 Na ₂ HPO _4，0.13 M）。
   2. 从股市文化上保持蛋白胨，葡萄糖琼脂培养基（PGA，这是准备为PG-L，但加入10代欧洲细菌琼脂的葡萄糖和釜前的蛋白胨） 水霉寄生株，生长菌丝菌落0.5毫升的PG-L的液滴在20℃下在培养皿中24-48小时。通过用高压灭菌自来水洗涤菌丝体三次，并在20℃温育它们15小时Ç诱导孢子形成="外部参照"> ^42，43。
   3. 轻轻吹打悬浮液的上部收集所释放的副游动孢子并集中他们在1mL部分。涡旋产生二次囊肿⁴⁴大力摇动30秒的游动孢子。
   4. 为了测试孢囊的棘差动生长，在单独的陪替氏培养皿（P60），把0.5毫升二次囊肿悬浮液到不同的表面（ 即，碳，金，和铜TEM格栅上;鲑鱼和鳕鱼鳞（先前漂白）和玻璃盖玻片）*。孵育孢囊在20℃下70分钟，这有利于孢囊至表面的附着。
   5. 除去液体，并添加0.5毫升的2％戊二醛的每个表面的囊肿的固定。保持在室温下将样品在通风橱下1小时。
   6. 除去戊二醛和通过乙醇系列（30％，40％，50％，60％，70％，80％脱水样品，90％，100％，100％），加入15分钟每乙醇溶液中加入5毫升。一旦在过去的100％乙醇溶液中，样品可以储存高达在密封的培养皿一个月。在这个阶段，将样品准备在CPD被干燥。
   7. 小心地从培养皿转移网格和鳞为适合于CPD（第4部分）的支架。对于此步骤，利用一个CPD格架或堆叠试样保持器，它保持彼此分离的样品。就拿电网和尺度用镊子，牢记囊肿应朝上的网格所有的时间。*
2. 安装和准备囊肿样品SEM观察
   1. 安装在先前覆盖的双面碳胶带和下方标有铝存根的网格和鳞。
   2. 转移样品至溅射镀膜机（部分5）。
   3. 观察下的SEM（第6）样本。

3。研究SEM下Phellorinia herculanea的植物标本馆真菌孢子

1. 再水化和孢子脱水
   1. 认真总结每个样品用滤纸，形成铅笔标记的信封〜0.5-1厘米^2，注意不要粉碎他们。密封采用回形针滤纸。转移填充样品至培养皿并沉浸其中在10毫升水再水合周围孢子组织。
   2. 立即把样品在微波炉（600W约20秒）。除去材料一旦水开始蒸发，并允许它在室温下冷却。
   3. 通过以下乙醇系列传递样本:30％，50％，70％，80％，90％，95％，100％和100％。取决于样品的量，使用烧杯或离心管用于此步骤。离开样品在每种溶液15分钟。
   4. 放置样品的CPD（第4节）。
2. 安装和p练习器孢子SEM观察
   1. 打开信封。倒上用双面胶带预先制备的存根的孢子。另外，收集与存根的表面粘孢子，注意不要粉碎他们*。
   2. 如果样品含有少量的孢子，除了先前的工序中，切成小片的信封（约1 ^平方毫米），并且将其放置在一个新的存根*。
   3. 放置组织进入溅射镀膜机（部分5）。
   4. 根据扫描电镜（第6）观察。

4.干燥材料使用临界点干燥器（CPD，图2d）

1. 使用CPD在通风良好的地方，并验证机的所有阀门都关闭。检查样品室是空的，干净的。
2. 开动机器，并确认温度控制系统测试自动发生。如果CPD有一个外部制冷浴系统，交换我前检查水位T ON。
3. 遵循用于乙醇和CO ₂交换特定的CPD的制造商的说明。为了安全起见，进行训练的人在使用机器的监督下这一步。请记住，它暴露于快速的压力变化，这可能猛烈吹熄。
4. 取出样品，并继续执行步骤1.3如果与植物组织工作，步骤2.2如果与卵菌囊肿工作，步骤3.2如果与真菌孢子的工作。

5.金使用溅射镀膜机（图3a）涂层的样品

1. 检查溅射镀膜机。验证金阴极靶处于良好状态。使用90％的乙醇普照的无绒布如果需要清洁真空室的墙壁和室盖。
2. 标记与用于显微镜下的样品的进一步鉴定每个末梢孔旁的数字溅射持有者。小心，放置装有SAMPL存根ES和固定。使用旋转的行星样品台，以确保与不规则表面标本均匀的涂层。
3. 按照制造商的说明来调整设置，如工作距离，操作气体压力（ 例如，5×10 ^-1 - 7×10 ^-1毫巴）（ 例如 ，30mm以下。），溅射时间（ 例如，50秒），金层（例如 12纳米）的当前（ 如 ，15个mA）的和电压源（ 例如，600伏^）45的厚度。
4. 删除存根，并带他们到SEM（第6节）。可替代地，将存根与硅胶（ 图2c）的密封容器中。

图3:溅射镀膜机（a）和扫描电子显微镜（b）中。 （a）该真空腔（左）的前视图，气体VALV即，定时器，真空，和电流控制。 （ 二 ）用SEM主要部件的侧视图（从左至右）:真空柱与样品室中，在计算机屏幕的控制，并且该腔室的监视器。照片是采取Y.鲁伊斯 - 莱昂。 请点击此处查看该图的放大版本。

6.扫描下观察电子显微镜（SEM，图3b）

1. SEM启动
   1. 遵循制造商的指示来启动，并设置扫描电镜，调整样品的高度的目标孔径直径（ 例如，对于植物2微米，真菌和卵菌4微米），工作电压（ 例如，15千伏）。
   2. 检查电子束系统的正确对准和设置的轴向对准并根据生产商的指示的stigmators。调整Ť他的工作，以获得场的适当深度的距离。
2. 图像采集
   1. 得到样品的聚焦图像，并使用它作为起点。增加放大率接近最大水平并再次聚焦影像。选择与表面凹凸的领域，如孔。正确散光并调整最佳对比度和亮度。
   2. 捕获的SEM图像的高分辨率。使用BSE检测如果图像显示，样本充电。否则，设置SE探测器。改变按照制造商的指示检测器。

结果

花发育和发展的固定和完全形成植物结构

使用这里描述的FAA-CPD协议，年轻而成熟的植物组织中得到最佳的固定和脱水SEM成像。过程如花发育可以重建，因为芽的地形和形状不被细胞萎缩（ 图1b，1d中，图4a-f）的失真。具有复杂形状的结构可以成功地覆盖有导电材料（从溅射涂布机的金属）的均匀层，从而允许否则?...

讨论

相对于标准的SEM协议，这里提出的步骤包括相对快速的，容易执行，和低成本的方法。取决于样品的量和在便于加工，需要四到五天以获得良好质量的图像。包括为CPD和SEM的操作足够的安全预防措施，程序很容易处理。尤其应谨慎用福尔马林和戊二醛采取（参见1.1.1步骤1.1.3来和协议的2.1.5）。有一定的步骤，其中，如果需要的话，该过程可以停止一段长的时间，而不会损坏样品或破坏前面的步骤?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acetic acid	No specific supplier		Skin irritation, eye irritation
aluminium stubs	Ted Pella, Inc.	16221	www.tedpella.com
Centrifuge tubes	No specific supplier
Critical Point Dryer	Polaron Quatum Technologies	CPD7501
D-(+)-Glucose	Merck	1,083,421,000
Double sided sellotape	No specific supplier
Ethanol absolute	No specific supplier		Flammable
European bacteriological agar	Conda	1800.00	www.condalab.com
Filter paper	No specific supplier
Forceps	No specific supplier
Formalin 4%	No specific supplier		Harmful, acute toxicity, skin sensitisation, carcinogenicity. Flammable
Glass cover slips	No specific supplier
Glass hermetic container	No specific supplier
Glutaraldehyde 25% DC 253857.1611  (L)	Dismadel S.L.	3336	www.dismadel.com
Mycological peptone	Conda	1922.00	www.condalab.com
needles	No specific supplier
Petri dishes	No specific supplier
Plastic containers	No specific supplier
Sample holder with lid  for the critical point dryer	Ted Pella, Inc.	4591	www.tedpella.com
scalpels	No specific supplier
Scanning Electron Microscope	Hitachi	S3000N
Software for SEM
Solution A: NaH2PO4
Solution B: Na2HPO4
Specimen holders	No specific supplier
Sputter coater	Balzers	SCD 004
Stereomicroscope	No specific supplier
Transmission Electron Microscope (TEM) grids	Electron Microscopy Sciences	G200 (Square Mesh)	www.emsdiassum.com
Tweezers	No specific supplier