利用冷冻断裂技术对植物细胞中的皮层微管进行FE-SEM观察

《Plant Methods》：FE-SEM visualization of cortical microtubules in plant cells using freeze-fracture techniques

　　

摘要

背景

皮质微管是细胞骨架的组成部分之一，它控制着细胞壁中新生成的纤维素微纤丝的方向与定位，进而决定植物细胞的形状、大小及结构。通常，人们会在光学荧光显微镜或共聚焦激光扫描显微镜下，对经过荧光标记的植物组织中的皮质微管进行成像。不过，用光学显微镜观察单个皮质微管颇具难度，因为其观测范围仅限于光线能够穿透的表层组织。相比之下，透射电子显微镜虽然能以高分辨率展示植物细胞中的皮质微管，但只能观察厚度约为70–100纳米的略微倾斜的超薄切片。鉴于场发射扫描电子显微镜兼具高空间分辨率和宽广的视野范围，开发基于该技术的皮质微管观察方法显得十分必要。

结果

在此，我们提出了一种结合两种冷冻断裂技术——冻刀断裂和冻拉断裂——与场发射扫描电子显微镜的方法，用于观察未经处理的植物组织中的皮质微管。我们成功地在多种植物样本中观察到了皮质微管的排列情况，这些样本包括银杏（Ginkgo biloba）的幼枝、杂交杨树（Populus sieboldii × P. grandidentata）叶片形成的愈伤组织，以及赤豆（Vigna angularis）的根尖。无论是通过冷冻场发射扫描电子显微镜还是常规室温场发射扫描电子显微镜，都可以在原生质断裂面上观察到皮质微管。在无法使用专用冷冻设备时，室温场发射扫描电子显微镜也是一种可行的替代方案。

结论

将冷冻断裂技术与场发射扫描电子显微镜相结合，无需对细胞成分进行染色或提取，就能以高分辨率、大范围地观察植物组织中皮质微管的排列情况。该技术适用于多种植物组织，可让人们详细观察其中的皮质微管，从而为了解微管在植物细胞分裂与分化中的作用提供重要依据。