$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wzrost roślin osiąga się dzięki skoordynowanej ekspansji sztywnych ścian komórkowych, które otaczają każdą komórkę organizmu. Coraz więcej dowodów wskazuje na to, że to właśnie poprzez modyfikację składu chemicznego ściany komórkowej rośliny lokalnie kontrolują tę ekspansję. Uważa się, że ekspansja jest napędzana głównie przez obciążenie ścian komórkowych, spowodowane wysokim ciśnieniem turgoru komórki; Ta reakcja odkształcenia na ciśnienie turgoru jest regulowana przez właściwości mechaniczne ścian komórkowych1. Niewiele wiadomo o tych właściwościach mechanicznych i o tym, jak zmieniają się one podczas rozwoju. Co więcej, niewiele wiadomo o tym, w jaki sposób te właściwości mechaniczne są kontrolowane i czy sprzężenia zwrotne przyczyniają się do zmiany chemii ściany komórkowej w sposób, który wydaje się być skoordynowany w tkance. Jeśli mamy zrozumieć związek między chemicznymi i mechanicznymi zmianami w ścianach komórkowych roślin podczas rozwoju, a ostatecznie w jaki sposób te mikroskopijne interakcje rządzą makroskopowym wzrostem rośliny, potrzebna jest metoda, która może monitorować właściwości mechaniczne ścian komórkowych w rozwijających się narządach w skali komórkowej lub tkankowej.
Opisana tutaj metoda mikroskopii sił atomowych (AFM), która opiera się na mikrometrowych lub nanometrowych kompresjach lub wgłębieniach tkanki, została opracowana właśnie do pomiaru właściwości mechanicznych ścian komórkowych w rozwijających się organach jednocześnie w rozdzielczościach subkomórkowych i w całych regionach tkanki. Inne metody mają rozdzielczość, która jest albo zbyt niska, albo zbyt wysoka: ekstensometr jest w stanie zmierzyć średnie właściwości mechaniczne całej tkanki tylko w skali milimetrowej2-4, która jest na przykład zbyt duża, aby zmierzyć wczesne zdarzenia organogenezy; Mikroindenter może wykonywać pomiary w rozdzielczości subkomórkowej w skali nanometrowej, ale jest ograniczony do pomiaru izolowanych komórek, a nie grup komórek lub narządów5-7. Dzięki AFM wymagane rozdzielczości tkankowe, komórkowe i subkomórkowe można osiągnąć8-10. Ostatnio opracowano kilka protokołów specjalnie do pomiaru mechaniki tkanki roślinnej, które mogą być również wykorzystane11,12.
Przedstawimy tutaj, jak ocenić elastyczność tkanki poprzez pomiar pozornego modułu Younga13.
Moduł Younga jest powszechnie używany do opisania sztywności materiału. Podczas małych odkształceń siła potrzebna do odkształcenia materiału jest proporcjonalna do obszaru wgłębienia. Moduł Younga jest tym współczynnikiem. W przypadku ciągłego materiału jednorodnego ten sam współczynnik będzie mierzony niezależnie od rodzaju wgłębienia (wielkości i kształtu), ale będzie się zmieniał wraz z prędkością pomiaru. W przypadku złożonej budowy tkanki roślinnej zaobserwowaliśmy do tej pory, że siła jest proporcjonalna do odkształcenia, co pozwala na wyznaczenie współczynnika proporcjonalności, który nazywamy "pozornym modułem młodości". W przeciwieństwie do pożywek ciągłych w roślinach, ten pozorny młody moduł jest wrażliwy na wielkość wgłębienia. Nie odpowiada młodym modułom czystej ściany komórkowej. Najlepiej opisuje elastyczność rusztowania ściany komórkowej tkanki.