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顯微CT掃描在分析木栓病梨果實(shí)中的應(yīng)用

來(lái)源:天津三英精密儀器股份有限公司   2021年09月24日 13:35  

古人稱梨為 “百果之宗”,九月金秋,天干物燥,梨是深受大家喜愛(ài)的水果。然而,功效甚多的梨也會(huì)生病,木栓病是梨果實(shí)中危害很大的生理病害之一,每年都會(huì)給果農(nóng)造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。為此,青島農(nóng)業(yè)大學(xué)的崔振華、王南南等人在前人研究的基礎(chǔ)上,借助三英精密的X射線顯微CT(nanoVoxel-3000型),選用易患木栓病的“Akizuki”品種的梨果實(shí),進(jìn)行掃描分析,觀測(cè)其各部分的微觀結(jié)構(gòu),進(jìn)一步闡明了健康和木栓病果實(shí)之間的果實(shí)質(zhì)地變化,對(duì)木栓病的發(fā)生機(jī)制做了進(jìn)一步的研究。


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三英精密nanoVoxel-3000顯微CT


                                       

梨果實(shí)亮相:

對(duì)健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)分別進(jìn)行掃描分析,對(duì)比發(fā)現(xiàn):健康梨果實(shí)表面光滑,木栓病梨果實(shí)表面有明顯的塌陷凹坑,然而這些凹坑用肉眼觀察并不明顯。

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 (A)健康梨果實(shí)  (B,C) 健康梨果實(shí)經(jīng)X射線掃描后,分別用灰色和黃色渲染的結(jié)果  

(D) 木栓病梨果實(shí)  (E,F) 木栓病梨果實(shí)經(jīng)X射線掃描后,分別用灰色和黃色渲染的結(jié)果

 

梨果實(shí)木栓斑點(diǎn)分布分析:

將健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)分別用番紅溶液染色,發(fā)現(xiàn)纖維素(被番紅染色的紅點(diǎn))在木栓病梨果實(shí)中的含量高于健康梨果實(shí)。再基于X射線CT掃描分析,觀察兩種梨果實(shí)的橫切片和縱切片,木栓斑點(diǎn)(即更大和更強(qiáng)的毛孔)主要分布在靠近果皮的果肉和木栓病梨果實(shí)的花萼末端。進(jìn)一步證實(shí)了X射線CT掃描對(duì)木栓病梨果實(shí)微觀結(jié)構(gòu)分析的可靠性。

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 (A,B)分別為用番紅溶液染色的健康梨果實(shí)的橫切片和縱切片 (C,D)分別為用番紅溶液染色的木栓病梨果實(shí)的橫切片和縱切片 (E,F)分別為從X射線掃描數(shù)據(jù)中提取的健康梨果實(shí)的橫切片和縱切片 (G,H)分別為從 X 射線CT掃描數(shù)據(jù)中提取的木栓病梨果實(shí)的橫切片和縱切片

 

梨果實(shí)孔隙結(jié)構(gòu)分析:

借助X射線顯微CT技術(shù),對(duì)比掃描后健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)的閾值數(shù)據(jù),進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明:木栓病梨果實(shí)的孔隙率(9.37%)與健康梨果實(shí)的孔隙率(3.52%)差異顯著。

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(A,D)分別為健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)的孔隙結(jié)構(gòu) (B,E)分別為健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)的孔數(shù)和大小的直方圖 (C,F)分別為健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)的孔隙度分析(自果實(shí)花萼末端到至莖末端)

 

梨果實(shí)孔隙連通性分析:

對(duì)健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)的HRA(木栓病高危區(qū)域)和MRA(木栓病中危區(qū)域)進(jìn)行孔隙連通性分析。重建的三維 (3D) 網(wǎng)絡(luò)模型顯示:木栓病梨果實(shí)中,孔隙通道高度分支、連通程度高;健康果實(shí)中,分支較少、孔隙連通程度低。

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(A)健康梨果實(shí)的HRA(木栓病高危區(qū)域)和MRA(木栓病中危區(qū)域)的孔隙分析  (B)圖A的重建3D網(wǎng)絡(luò)模型  (C)圖B的近景  (D,G)分別為木栓病梨果實(shí)的MRA和HRA的孔隙分析  (E,H) 分別為圖D和圖G的重建3D網(wǎng)絡(luò)模型  (F,I)分別是圖E和圖H的近景

 

梨果核結(jié)構(gòu)和果核孔隙連通性分析:

X射線顯微CT掃描重建后的果核結(jié)構(gòu)分析表明:健康梨果核表面光滑,木栓病梨果核有破損、表面粗糙,核變形僅發(fā)生在木栓病梨果實(shí)中。與健康梨果核長(zhǎng)而窄的孔道相比,木栓病梨果核的孔隙具有高度分支的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

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(A,E)分別為健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)通過(guò)X射線掃描后切片圖  (B,F)分別為重建好的健康梨果核和木栓病梨果核3D模型  (C,G)分別為圖B和圖F的 3D網(wǎng)絡(luò)模型  (D,H)分別是圖C和圖G的近景  

 

梨果肉微觀結(jié)構(gòu)分析:

分別取健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)MRA(木栓病中危區(qū)域)的果肉組織,X射線顯微CT的高分辨率(0.5μm)掃描結(jié)果顯示:木栓病梨果肉的孔徑 (87 µm) 是健康梨果肉孔徑 (22 µm) 的四倍,二者孔隙大小差異明顯。

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(A,B)分別為健康梨果實(shí)MRA(木栓病中危區(qū)域)果肉的黃色和灰色重建3D圖像  (C)健康果肉的X射線掃描片段  (D,E)分別為木栓病梨果實(shí)MRA果肉的黃色和灰色重建3D圖像  (F) 木栓病果肉的X射線掃描片段

 

結(jié)論:

高分辨率的顯微CT掃描是分析木栓病梨果實(shí)顯微結(jié)構(gòu)的有力工具,與以往的研究不同,科研工作者對(duì)梨果實(shí)微觀結(jié)構(gòu)的研究,從一個(gè)新的角度,提高了對(duì)木栓病梨果實(shí)、果核、果肉的微觀結(jié)構(gòu)特征認(rèn)識(shí)。較健康梨果實(shí)而言,木栓病梨果實(shí)具有更高的孔隙率和更高的分支孔隙連通性,進(jìn)而阻斷了某些營(yíng)養(yǎng)成分的運(yùn)輸,這可能是梨果實(shí)患木栓病的原因之一。


一直以來(lái),三英精密專注X射線CT成像技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā),致力于為用戶提供解決問(wèn)題的新方法和新工具,今后也將繼續(xù)為科研人員提供更強(qiáng)大的助力!

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