A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
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.
בעיות נפוצות בעיבוד של דגימות ביולוגיות לתצפיות עם מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) כוללים קריסת התא, טיפול של דגימות microenvironments רטוב והרס התא. באמצעות רקמות פרחים צעירות, ציסטות oomycete, נבגי פטריות (Agaricales) כדוגמות, פרוטוקולים ספציפיים לעבד דגימות עדינות מתוארות כאן כי להתגבר על כמה מן האתגרים העיקריים טיפול מדגם עבור לכידת תמונה תחת SEM.
meristems הפרחוני קבוע עם ה- FAA (פורמלין-אצטית-אלכוהול) ומעובד עם שיער הנקודה הקריטי (CPD) לא גילה קרס קירות הסלולר או איברים מעוותים. תוצאות אלה הן קריטיות לבנייה מחדש של פיתוח פרחוני. טיפול דומה מבוסס CPD של דגימות microenvironments הרטוב, כגון ציסטות oomycete הקבועה glutaraldehyde, הוא אופטימלי כדי לבחון את גדילת ההפרש של מאפייני אבחון (למשל, קוצי ציסטה) על סוגים שונים של substrates. הרס של תא אחות מצורף נבגי פטריות נמנע לאחר התייבשות, התייבשות, ואת טיפול CPD, צעד חשוב עבור מחקרים תפקודיים נוסף של תאים אלה.
הפרוטוקולים המפורטים כאן מייצגים בעלות נמוכה וחלופות מהירות לרכישת תמונות באיכות טובה לשחזר תהליכי גדילה ללמוד את מאפייני אבחון.
בביולוגיה, השימוש במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) הוארך ללימודי האבולוציה מבניים, מורפולוגיה השוואתי, פיתוח איברים, ואפיון של אוכלוסיות או מינים 1. עם הנוף שלה דו ממדים של מבנים מיקרוסקופים, בתחומים כגון micromorphology ו סיסטמטיקה הרוויחו מן התקדמות טכניקת SEM מאז המחצית השנייה של המאה ה -20. לדוגמא, את ההקדמה של המתודולוגיה ציפוי גמגום בשנתי ה -1970 ערך מדידות אפשריות של חומרים עדינים כגון apices לירות ופרחי שיפור ההדמיה של שאינו מוליך רקמות 2, 3. SEM משתמשת האלקטרונים הנפלטים מן השטח של הדגימה כדי לשחזר את הטופוגרפיה בסביבה גבוהה ואקום 4.
מחקרים שכללו SEM מתמקדים בשני היקש תווים מבניים מחדש של growtתהליכי h. תווים מבניים חדשים רלוונטיים הטקסונומיה סיסטמטיקה של מגוון רחב של אורגניזמים התגלו מתצפיות SEM. לדוגמא, תכונות צמח בשימוש לאבחון מינים או סיווגי supraspecific, כגון בורות vestured של עץ 5, הסטיגמה מגוון 6, מורפולוגיה nectary וצמחית 7, 8, פרטים יונקים 9, ו גרגרי אבקה 10, 11, לא יכול להיות דמיינו כמו שצריך בלי SEM. תצפיות מוצלחות עם קונבנציונלי SEM הושגו גם עבור אורגניזמים קבועים בפורמלין זמן ארוך 12 ו העשבייה צמח דגימות 13.
מצד השני, מחקרי שיקום של תהליכי צמיחה באמצעות SEM מדגימים מגוון רחב של נושאים, כגון פיתוח איבר 14, infections המושרה על ידי חיידקים 15, פיזיולוגית שורש צמח 16, מנגנונים מצורפים טפיל-מארח 17, 18, שפעות תרופה על טפילים 19, mycoparasitism ו אנטיביוזה 20, 21, מום צמיחה 22, פיתוח השוואתי של אנשים פרועים מוטציה 23, ומחזורי חיים שלמים 24. למרות מיקרוסקופי אלקטרונים סורקים סביבתי (ESEM) 25 יכולים להיות יתרונות חשובים עבור התצפית של דגימות ביולוגיות רטובות בתהליכי צמיחה, חומר עדין עדיין עלול לסכן אפילו במצב הוואקום הנמוך של ESEM), וצריך להיות מעובד כראוי כדי למנוע אובדן תצפית מורפולוגיים של ערך.
במאמר זה, סקירה של פרוטוקולים ספציפיים להסתכלות SEM של שלושה diffסוגי erent של דגימות מוצגים: meristems פרחוני, oomycetes (Saprolegnia), וחומר פטרייתי. פרוטוקולים אלה לקמפל את החוויה של המחקרים SEM המבוססים הקודמים שלנו 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, שם קשיים ספציפיים פתרונות חלופיים נמצאו. במקרה של התפתחות צמח השוואתית מחקרים מבניים, השימוש SEM נכתב בשנתי ה -1970 34, 35, ומאז, חוקרים גילו כי תכונות פרחוניות מסוימות הן יותר יציבות מאשר סבר עד כה 36. שחזור הפיתוח פרחוני כרוך לכידתו של כל השלבים בין meristems הפרחוני הצעיר anthesis. כדי להגיע למטרה זו, זה essential כי הטופוגרפיה מדגם ואת שלמות דופן התא אינם בסכנה לאחר קיבוע והתייבשות שלאחר מכן. Meristems הפרחוני הקטן פגיע במיוחד כדי התמוטטות דופן תא (1a הדמוי, 1b). בדומה לכך, מבנים עדינים כגון nectaries, עלי כותרת, סטיגמות sporangia דורשים פרוטוקולים יעילים undamaging. סקירה זו מסכמת פרוטוקול אופטימלי לשמור רקמות צעירות ועדינות תילן הדמית SEM.
במקרה של oomycetes (Stramenopiles) -One של קבוצות המגוונות והנפוצות ביותר של טפילים, עם מארחים החל חיידקים וצמחים חסרי חוליות ובעלי חוליות 37 - יש נבגים כי לגדול ולהתפתח בסביבה רטובה. מצב זה מהווה אתגר עבור תצפית SEM כי הנבגים צריכים מצע הולם לא מתאים פרוטוקולי SEM סטנדרטיים. בין oomycetes, מינים של Saprolegnia הם בעלי עניין מיוחד, כי הם can לגרום ירידות קשות aquacultures, דיג, ואוכלוסיות דוחות 38. מאפיינים Micromorphological, כגון קוצים מעוקלים של ציסטות, כבר מצאו להיות שימושי כדי לזהות מינים של Saprolegnia, שהוא היסוד להקים שולטת זיהום טיפולים פוטנציאליים 39. הנה, יש פרוטוקול הניסוי להשוות את דפוסי הצמיחה עמוד השדרה של ציסטות על מצעים שונים כדי לתפעל את המדגם עבור מייבש נקודה קריטית (CPD) הכנה והתבוננות SEM שלאחר מכן.
במקרה שלישי, ישנם ממצאים מעניינים שעלו אחרי בדיקה של נבגים של f herculanea פטריות Phellorinia. f stellata. נובה (Agaricales) 31. יחד עם הנבגים, קבוצת תאי משתלה לא צפויים זוהתה תחת SEM. עם פרוטוקולים מסורתיים קודמים וחומר שלא טופל, התאים נכנסו אחות out קרסה לחלוטין (איור 1 ג '). מסקנות נוספות על רקמות מסוימות בקשר אל הנבגים יכולות להתבצע עם השינויים פשוטים אך חיוניים הגישות הסטנדרטיות המתואר כאן (1D איור).
בסקירה זו, ישנם פרוטוקולים מפורטים SEM, שניתן להשתמש בהם כדי להתמודד עם בעיות שונות הקשורות תצפית SEM, מכוסי הזרע, oomycetes, ו Agaricales, כגון קריסה התא מתכווץ רקמות meristematic, שאינו אופטימלי לצמיחה של הקוצים ציסטה, והרס של רקמות חלוף, בהתאמה.
איור 1: השוואה בין דגימות מטופלים ללא (א, ג) ועם (ב, ד) ה- FAA-אתנול-CPD פרוטוקול. (א - ב) ניצנים פרחוניים של clavatus קַחֲוִינָה, פיתוח האמצע. באד שטופל tetroxide אוסמיום 46 </ sup> (א) ובאד שטופלו בפרוטוקול ה- FAA-CPD (ב). (ג - ד) אחות תאים עם נבגים של herculanea f Phellorinia. stellata. יבשי דגימות ללא (ג) טיפול ועם הפרוטוקול כאן תאר Agaricales (ד). נבגים בכתום. סולמות: (ab) 100 מיקרומטר, (CD) 50 מיקרומטר. התמונות צולמו על ידי י 'רואיז-ליאון. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
הערה: פרוטוקול זה כולל שישה חלקים עיקריים, שלושה מוקדשי אורגניזמים ספציפיים (סעיפים 1-3), ושלוש המתארים את ההליכים נפוצים לכל (4-6). כוכביות (*) מצביעות צעדים שונים על ידי הנסיינים.
1. מחקרים של פיתוח ומבני צמח מגובש
איור 2: כלי manipulati מדגםעל ועיבוד לפני תצפית SEM. (א) מיכל דגימה מתוצרת פלדה עם קירות מסתתרים לחילופי אתנול / CO 2 בתא CPD. (ב) בדלי פלדה בתוך החזיק דגימת פלסטיק. (ג) זכוכית מכל משמש כדי לשמור על הדגימות מפני לחות ואבק. בבסיס, יש תא עבור ג'ל סיליקה. (ד) Critical פוינט שיער. בחלק הקדמי, יש (משמאל לימין) את מד הלחץ, את מתג ההפעלה, מערכת בקרת טמפרטורה, ואת תצוגת טמפרטורה. לחץ עבודה כרגיל עבור מחלף -ethanol CO 2 הוא 60 ברים (800 psi). בחלק העליון, יש ארבעה שסתומים (כניסה, ניקוז, אוורור, בקרות פליטה) משני צדי תא המדגם המרכזי. התמונות צולמו על ידי י 'רואיז-לאון MA בלו. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
= "Jove_title"> 3. לחקר העשבייה פטרייתיים נבגים של Phellorinia herculanea תחת SEM
4. ייבוש החומר בעזרת מייבש נקודה קריטית (CPD, איור 2)
5. ציפוי דוגמאות עם זהב שימוש Coater גמגום (איור 3 א)
איור 3: גמגום coater (א) ו- מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (ב). (א) מבט מלפנים של תא ואקום (משמאל), valv גזדואר, טיימר, ואקום, ובקרות נוכחיות. (ב) מבט צד של המרכיבים העיקריים SEM (משמאל לימין): בעמודת הוואקום עם תא המדגם, מסך המחשב עם הבקרות, ועל הצג של התא. התמונות צולמו על ידי י 'רואיז-ליאון. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
6. תצפית תחת סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני (SEM, איור 3B)
פיתוח פרחוני קיבוע של פיתוח ומבני צמח מגובש
באמצעות הפרוטוקול-CPD FAA המתואר כאן, רקמות צמח צעירות ובוגרות שתוקנו באופן המיטבי מיובש הדמית SEM. תהליכים כגון פיתוח פרחוני ניתן לשחזר בגלל הטופוגרפיה ?...
עם כל כבוד פרוטוקולי SEM רגילים, את שיטות העבודה שהוצגו כאן כוללות יחסית מהירות, קל לעקוב, ומתודולוגיות בעלות נמוכה. בהתאם לכמות של דגימות על מנת להקל על עיבוד, זה לוקח ארבעה עד חמישה ימים כדי לרכוש תמונות באיכות טובה. כוללים אמצעי בטיחות נאות עבור מבצע CPD ו SEM, הנהלים הם ?...
The authors have nothing to disclose.
פרויקט זה קבל מימון מן המחקר של Horizon 2020 ותכנית חדשנות האיחוד האירופי תחת מס 'הסכם מענק 634429. פרסום זה משקף את הדעות רק של המחבר, והנציבות האירופיות לא יכולות להיות אחראיות על כל שימוש אשר עשוי להיות של המידע כלול בו. אנחנו גם מכירים את התרומה הכספית של Real Jardin Botanico, CSIC. SR הוא מודה האיחוד האירופי [ITN-Sapro-238,550] על התמיכה מחקרה ב Saprolegnia. כמו כן, אנו רוצים להודות פרנסיסקו Calonge עבור חביב לספק את התמונות Phellorinia herculanea ו- B. פואיו לעיבוד דגימות (איור 5). כל התמונות צולמו על ידי שירות SEM בבית Real Jardin Botanico-CSIC במדריד.
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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved