Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
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.
Общие проблемы при обработке биологических образцов для наблюдений с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), включают коллапс клеток, обработка образцов из влажных микросреды и разрушение клеток. Использование молодых цветочных тканей, оомицет цисты, и спор грибов (Agaricales) в качестве примеров, конкретные протоколы для обработки тонких образцов, описанных здесь, которые необходимо преодолеть некоторые из основных проблем в лечении образца для захвата изображения при SEM.
Цветочные меристемы, скрепленные FAA (формалин-уксусный-спирт) и обрабатывается с точкой сушильную Critical (CPD) не проявляла разрушилась клеточные стенки или искаженное органы. Эти результаты имеют решающее значение для реконструкции цветочного развития. Подобная CPD-основанная обработка образцов из влажных микросреды, таких как глутаральдегида фиксированные оомицет кист, является оптимальным для проверки дифференциального роста диагностических характеристик (например, киста) шипами на различных типах суbstrates. Уничтожение трофоцитов прикрепленных к спор грибов удалось избежать после регидратации, обезвоживания и лечения CPD, что является важным шагом для дальнейшего функциональных исследований этих клеток.
Подробно изложенные здесь протоколы представляют собой недорогие и быстрые альтернативы для приобретения качественных изображений, чтобы восстановить процессы роста и изучения диагностических характеристик.
В биологии, использование сканирующей электронной микроскопии (SEM) была распространена на изучение структурной эволюции, сравнительной морфологии, развития органов, а также характеристика популяций или видов 1. Благодаря двухмерном виде микроскопических структур, таких областях, как микроморфологией и систематики прибыль от SEM техники достижений , начиная со второй половины 20 - го века. Например, введение методики покрыти распылением в 1970 - е годы стало возможным наблюдения деликатных материалов , таких как стрелять верхушках и цветов путем более широкого томографию непроводящих тканей 2, 3. СЭМ использует электронов , выбитых с поверхности образца , чтобы воспроизвести топографию в высоковакуумной среде 4.
Исследования с участием SEM сосредоточены как на выводе структурных персонажей и реконструкции growtч процессы. Новые структурные символы, имеющие отношение к систематике и систематика широкого спектра организмов были обнаружены из наблюдений SEM. Например, растительные признаки используются для видовой диагностики или надвидовых классификаций, таких , как одетый ямах древесины 5, клеймо разнообразия 6, нектарники и цветочные морфологии 7, 8, детали трихому 9 и пыльцевые зерна 10, 11, не может быть правильно визуализированных без SEM. Успешные наблюдения с обычными SEM были также достигнуты для длительного времени фиксированных формалином организмов 12 и растений гербарий образцов 13.
С другой стороны, исследования реконструкции процессов роста с использованием сканирующего электронного микроскопа включают широкий круг вопросов, таких как развитие органа 14, инфеctions , вызванные бактериями 15, растений корневой физиологии 16, механизмы крепления паразит-хозяин 17, 18, воздействие препарата на паразитов 19, mycoparasitism и антибиоз 20, 21, мальформации рост 22, сравнительное развитие диких и мутантных особей 23, и целые жизненные циклы 24. Несмотря на то, экологические сканирующие электронные микроскопы (ESEM) 25 может иметь важные преимущества для наблюдения влажных биологических образцов в процессах роста, тонкий материал все еще может быть поставлена под угрозу , даже в низком вакууме состояния ESEM), и должны быть обработаны надлежащим образом, чтобы избежать потери ценного морфологическое наблюдение.
В этой статье, обзор конкретных протоколов для SEM наблюдения трех Diffразличны типы образцов представлены: цветочные меристемы, оомицетами (сапролегния) и грибковые материал. Эти протоколы компилировать опыт наших предыдущих исследований SEM на основе 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, где были обнаружены специфические трудности и альтернативные решения. В случае растений сравнительного опытно -конструкторских и структурных исследований, использование SEM началось в 1970 - е годы 34, 35, и с тех пор, исследователи обнаружили , что некоторые цветочные особенности более лабильны , чем считалось ранее 36. Реконструкция цветочного развития предполагает захват всех стадий между молодыми цветочными меристем и опыления. Для достижения этой цели, это еззеntial что образец топография и целостность клеточной стенки не поставить под угрозу после фиксации и последующего обезвоживания. Молодые цветочные меристемы особенно уязвимы для распада клеточной стенки (рис 1a, 1b). Кроме того, тонкие структуры, такие как нектарниками, лепестки, рыльца и спорангиев требуют эффективных и undamaging протоколов. В настоящем обзоре обобщены оптимальный протокол, чтобы держать молодых и деликатных тканей нетронутыми для визуализации SEM.
В случае оомицетов (Stramenopiles) -она из самых разнообразных и широко распространенных групп паразитов, с хостами , начиная от микробов и растений беспозвоночных и позвоночных животных 37 - Есть споры , которые растут и развиваются во влажной среде. Это условие представляет собой сложную задачу для наблюдения SEM, поскольку споры нуждаются в адекватной субстрат не подходит для стандартных протоколов SEM. Среди оомицетов, виды Saprolegnia представляют особый интерес , потому что они чап вызвать сильное сокращение аквакультур, рыбными и популяции земноводных 38. Микроморфологические характеристики, такие как крючковатыми колючками кист, были признаны полезными для идентификации видов Saprolegnia, что имеет основополагающее значение для установления контроля за инфекцией и возможные методы лечения 39. Здесь есть экспериментальный протокол для сравнения закономерности роста позвоночника кист на различных подложках и манипулировать образец для критической точки сушилки (CPD) подготовки и последующего наблюдения SEM.
В третьем случае, есть интересные находки , которые пришли после осмотра спорами грибов Phellorinia herculanea ф. Stellata ф. Нова (Agaricales) 31. Вместе со спорами, группа неожиданных детских клеток была определена в соответствии с SEM. С предыдущими традиционными протоколами и необработанного материала, кормилицы клетки пришли НУт полностью развалилась (рис 1в). Дальнейшие выводы о конкретных тканях , связанных с спор может быть сделано с простыми , но важных изменений в стандартных подходов , описанных здесь (рис 1d).
В данном обзоре, существуют подробные SEM протоколы, которые могут быть использованы для решения различных проблем, связанных с наблюдением SEM в покрытосеменные, оомицеты и Agaricales, такие как коллапсу клеток и сокращение меристемы ткани, неоптимального роста киста шипов, и разрушения эфемерные ткани, соответственно.
Рисунок 1: Сравнение образцов , обработанных без (а, с) и с (б, г) протокола FAA-этанол-CPD. (А - б) Цветочные почки Anacyclus clavatus, среднего развития. Bud обрабатывали осмия 46 </ SUP> (а) и Бутон обрабатывают с протоколом FAA-CPD (б). (C - d) трофоцитов спорами Phellorinia herculanea ф. Stellata. Высушенные образцы без обработки (с) и с протоколом здесь описано для Agaricales (г). Spores в оранжевый цвет. Весы: (AB) 100 мкм, (кд) 50 мкм. Фотографии были сделаны Y. Руис-Леон. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Примечание: Этот протокол включает в себя шесть основных секций, три посвящены конкретным организмов (разделы 1-3), и три, описывающие процедуры, общие для всех (4-6). Звездочки (*) указывают на действия измененных экспериментаторами.
1. Исследования развивающихся стран и полностью сформированными растений Структуры
Рисунок 2: Инструменты для образца manipulatiна и обработки перед обследованием SEM. (А) Steel производства образец контейнер с отверстиями стенками для развязки этанол / СО 2 в камере CPD. (Б) Стальные заглушки внутри пластикового держателя образца. (С) Стеклянная тара используется для хранения образцов , защищенные от влаги и пыли. В основании, есть отделение для силикагеля. (D) Критическая точка Сушильная. В передней, есть (слева направо) манометр, выключатель питания, системы контроля температуры и индикации температуры. Обычная рабочее давление CO 2 -этанол обмена составляет 60 бар (800 фунтов на квадратный дюйм). В верхней части, есть четыре клапана (впуск, сливные, вентиляции и выхлопных контроля), обрамляющие центральную камеру для образца. Фотографии были сделаны Y. Руис-Леон и М. А. Белло. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
3. Изучение гербария Грибковые спорами Phellorinia herculanea под SEM
4. Сушка материала с использованием критической точки Сушилка для белья (CPD, рис 2d)
5. Покрытие образцов с золота с использованием распыл Coater (рис 3а)
Рисунок 3: дл покрыти распылением , (а) и с помощью сканирующего электронного микроскопа (б). (А) Вид спереди вакуумной камеры (слева), газ VALVе, таймер, вакуум, и текущий контроль. (Б) Вид сбоку основных компонентов SEM (слева направо): вакуумная колонна с камеры для образца, на экране компьютера с контролем, и монитор палаты. Фотографии были сделаны Y. Руис-Леон. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
6. Наблюдение под растровым электронным микроскопом (РЭМ, 3б)
Цветочный Разработка и фиксирование Разработка и полностью сформированными растений Структуры
Использование протокола FAA-CPD, описанный здесь, молодые и зрелые ткани растений оптимально фиксируется и обезвоживается для работы с изобр...
Что касается стандартных протоколов SEM, процедуры, представленные здесь, включают в себя относительно быстро, легко следовать, и методологии недорогих. В зависимости от количества образцов и легкость обработки, это занимает от четырех до пяти дней, чтобы получить хорошее качество изоб?...
The authors have nothing to disclose.
Этот проект получил финансирование от научно-исследовательской и инновационной программы Европейского Союза Горизонт-2020 в рамках гранта соглашения № 634429. Данная публикация отражает только точку зрения автора, и Европейская комиссия не может нести ответственность за любое использование, которое может быть изготовлен из информации содержащиеся в нем. Мы также признаем, финансовый вклад, внесенный Real Ботанические, CSIC. SR благодарит Европейский Союз [ОИС-Sapro-238550] для поддержки своих исследований в Saprolegnia. Мы также хотим поблагодарить Francisco Calonge за любезно предоставить herculanea изображения Phellorinia и B. Pueyo для обработки образцов (рисунок 5). Все снимки были сделаны с помощью службы SEM на Real Ботанические-CSIC в Мадриде.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены