Summary
उच्च संकल्प एक्स - रे गणना टोमोग्राफी (HRCT) एक गैर विनाशकारी नैदानिक इमेजिंग तकनीक है कि संयंत्र vasculature की संरचना और 3 डी में समारोह का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. हम प्रदर्शन कैसे HRCT संयंत्र के ऊतकों और प्रजातियों की एक विस्तृत श्रृंखला के पार जाइलम नेटवर्क के अन्वेषण की सुविधा.
Introduction
परस्पर conduits, फाइबर, और रहने वाले, metabolically सक्रिय कोशिकाओं के एक नेटवर्क - पानी के पौधे की जड़ों से एक संवहनी ऊतक जाइलम बुलाया में पत्तियों के लिए ले जाया जाता है. संयंत्र जाइलम के परिवहन समारोह संश्लेषण के लिए पत्तियों, विकास, और अंततः अस्तित्व के लिए पोषक तत्वों और पानी की आपूर्ति के लिए रखा जाना चाहिए. जब जाइलम नेटवर्क रोगजनक जीवों से समझौता किया है जाइलम conduits में जल परिवहन बाधित हो सकता है. अक्सर रोगज़नक़ प्रसार को अलग करने के लिए (जैसे, 2010 McElrone एट अल 2008) के लिए एक साधन के रूप में इस तरह के संक्रमण के पौधों के लिए प्रतिक्रिया जैल, मसूड़ों, और tyloses उत्पादन. सूखा तनाव भी जाइलम में जल परिवहन को सीमित कर सकते हैं. के रूप में लंबे समय तक सूखे के दौरान पौधों पानी खो, तनाव में जाइलम सार में बनाता है. तनाव के तहत जल metastable है (यानी एक निश्चित सीमा पर तनाव काफी महान के लिए पानी जाइलम conduits में निहित स्तंभों cavitate हो जाता है). बाद cavitation होता है, एक गैस बुलबुला (दिल का आवेश) के रूप में और cond भर कर सकते हैंuit, प्रभावी ढंग से अवरुद्ध पानी आंदोलन (Tyree और स्पेरी 1989), एक गहरे समुद्र में गोताखोर में decompression बीमारी (यानी "झुकता") अनुरूप घटना.
इष्टतम संयंत्र (Tyree और Zimmermann, 2002, Holbrook एट अल, 2005) इस विषय पर ऐतिहासिक और समकालीन साहित्य का एक विशाल शरीर के द्वारा प्रदर्शन समारोह के लिए जाइलम जल परिवहन के महत्व के बावजूद, वहाँ अब भी कर रहे हैं जाइलम नेटवर्क के पहलुओं है कि मायावी रहते हैं . कई अनुसंधान समूहों ने हाल ही में उच्च संकल्प एक्स - रे सूक्ष्म टोमोग्राफी गणना (HRCT) का उपयोग करने के लिए लकड़ी के शरीर रचना विज्ञान के महीन विवरण और संवहनी ऊतक (जैसे मेयो एट अल का मूल्यांकन शुरू कर दिया है, 2010, 2008, Mannes एट अल 2010,. Brodersen एट अल 2010. , 2011, 2012a, ख; माएदा और Miyake, 2009, स्तपी एट अल 2004). HRCT एक nondestructive ठोस वस्तुओं के इंटीरियर में सुविधाओं कल्पना और उनके 3-D संरचनात्मक गुणों पर डिजिटल जानकारी प्राप्त करने के लिए तकनीक का इस्तेमाल किया है. HRCTअपने आकार में एक माइक्रोन के रूप में छोटे रूप में विवरण को हल करने की क्षमता में पारंपरिक चिकित्सा कैट स्कैनिंग से उच्च घनत्व की वस्तुओं के लिए भी अलग है. सिंक्रोटॉन HRCT प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में हाल के अग्रिमों छवि संकल्प और संकेत शोर अनुपात में सुधार हुआ है पर्याप्त इतना है कि संयंत्र पोत नेटवर्क और intervessel कनेक्शन देखे जा सकते हैं, 3 डी निर्देशांक सौंपा है, और हाइड्रोलिक मॉडल सिमुलेशन के लिए निर्यात किया. एट अल. Brodersen (2011) ने हाल ही में 3 डी एक फोरट्रान मॉडल है कि स्वचालित रूप से बहुत उच्च संकल्प पर जाइलम नेटवर्क से डेटा निकालता से कभी पारंपरिक संरचनात्मक तरीके (धारावाहिक यानी एक सूक्ष्म तक्षणी साथ सेक्शनिंग संभव था साथ सिंक्रोटॉन HRCT द्वारा उत्पन्न पुनर्निर्माण के संयोजन के द्वारा इस तकनीक उन्नत और माइक्रोस्कोपी के साथ प्रकाश छवि पर कब्जा, जैसे Zimmermann 1971). यह काम भी जाइलम प्रणाली की हाइड्रोलिक मॉडल का अनुकूलन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है और परिवहन (यानी कुछ ve में रिवर्स प्रवाह की अनूठी विशेषताओं की पहचानपीक वाष्पोत्सर्जन की अवधि के दौरान ssels) (ली एट अल., समीक्षा में).
सिंक्रोट्रॉन HRCT अब जाइलेम कार्यक्षमता, cavitation करने के लिए संवेदनशीलता, और एक 'पौधों embolized conduits की मरम्मत करने की क्षमता की कल्पना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. Embolized conduits में प्रवाह फिर से स्थापित करने के लिए विफलता हाइड्रोलिक क्षमता, सीमा संश्लेषण, और संयंत्र मृत्यु में चरम मामलों में परिणाम (McDowell एट अल. 2008) को कम कर देता है. पौधे emboli साथ रुकावटों के आसपास पानी आसन्न कार्यात्मक conduits जोड़ने गड्ढ़े के माध्यम से, मनोविनोद और हाइड्रोलिक क्षमता को खो दिया की जगह जाइलम बढ़ती द्वारा सामना कर सकते हैं. कुछ पौधों को पानी कॉलम में टूट की मरम्मत करने की क्षमता होती है, लेकिन तनाव के अंतर्गत ज़ायलम में इस प्रक्रिया के विवरण के लिए दशकों से अस्पष्ट बनी हुई है. एट अल (2010). Brodersen हाल ही में कल्पना और जीना HRCT का उपयोग कर grapevines में refilling प्रक्रिया quantified. सफल refilling पोत जीवित कोशिकाओं से पानी बाढ़ xyl आसपास पर निर्भर थाउन्हें conduits, जहां व्यक्ति पानी की बूँदों समय पर विस्तार भरा वाहिकाओं, और फँस गैस के विघटन के लिए मजबूर किया. समझौता जाइलम वाहिकाओं और तंत्र इन मरम्मत को नियंत्रित करने की मरम्मत के विभिन्न संयंत्रों की क्षमता वर्तमान में जांच की जा रही है.
ALS सुविधा Beamline 8.3.2 का विवरण
तिथि करने के लिए हमारे काम लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला (बर्कले सीए संयुक्त राज्य अमेरिका) में उन्नत हल्के स्रोत पर हार्ड एक्स - रे माइक्रो टोमोग्राफी 8.3.2 Beamline पर आयोजित किया गया है. संयंत्र नमूने एक सीसा लाइन हच स्थित एक्सरे स्रोत से 20 मीटर, एक 6 Tesla superconducting मोड़ चुंबक उन्नत हल्के स्रोत इलेक्ट्रॉन 11.5 कीव के एक महत्वपूर्ण ऊर्जा भंडारण की अंगूठी के परिचालन के भीतर द्विध्रुवीय द्वारा उत्पन्न में रखा जाता है. अंत स्टेशन के एक योजनाबद्ध चित्र 1 में दिखाया गया है. एक्स - रे 40x की एक किरण आकार ~ 4.6 मिमी के साथ हच दर्ज करें और नमूना है कि एक मोटर चालित घूर्णन मंच पर मुहिम शुरू की है के माध्यम से गुजरती हैं.प्रेषित एक्स - रे एक क्रिस्टल (दो सामान्यतः प्रयुक्त सामग्री LuAG या CdWO 4) की scintillator है जो दिखाई प्रकाश है कि एक सीसीडी पर छवि संग्रह के लिए लेंस के माध्यम से relayed है एक्स - रे को बदलने पर टकराना. कैमरा scintillator, और प्रकाशिकी कि रेल कि नमूना - scintillator दूरी चरण विपरीत इमेजिंग के लिए अनुकूलित करने के लिए अनुमति देता है पर है एक प्रकाश तंग बॉक्स में समाहित कर रहे हैं.
सभी नमूनों 10 सेमी व्यास रोटरी मंच है जो बारी में क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर नमूना स्थिति के लिए अनुवाद चरणों पर मुहिम शुरू की है पर बढ़ रहे हैं. जड़ एक कस्टम निर्माण संयंत्र पॉट धारक और एक ऐक्रेलिक ट्यूब में निहित पत्ते में घुड़सवार प्रणाली के साथ रहने वाले संयंत्र का नमूना, चित्रा 2 में देखा जा सकता है. ठेठ जोखिम बार 0.1-1 से लेकर सेकंड 10-18 कीव का उपयोग कर सकते हैं, और स्कैन durations एक विशेष नमूना के लिए अनुकूलित सेटिंग्स के आधार पर 5-40 मिनट से लेकर जाएगा. लंबा नमूने के लिए (संयंत्र जाइलम नेटवर्क के ठेठ), डाटा स्कैन किया जा सकता हैनमूने के साथ अलग हाइट्स, जो स्वचालित रूप से नियंत्रित किया जाता है पर माप, दोहरा ~ 10 सेमी का एक नमूना अधिकतम ऊंचाई के साथ सहज धारावाहिक वर्गों की अनुमति टाइलों. अधिकतम नमूना चौड़ाई जब 4.5 सुक्ष्ममापी संकल्प इमेजिंग ऊर्ध्वाधर अभिविन्यास में लगभग परिपूर्ण हैं कि नमूनों के लिए 1 सेमी है. डेटा पीढ़ी और प्रसंस्करण नीचे सूचीबद्ध प्रोटोकॉल का उपयोग कर पूरा हो गया है. हवा और पानी के बीच क्षीणन एक्स - रे में अंतर की वजह से, उत्कृष्ट छवि के विपरीत विपरीत चिकित्सा सीटी सिस्टम के विशिष्ट समाधान के उपयोग के बिना पौधों में प्राप्त किया जा सकता है. हवा से भरी पोत लुमेन आसानी से आसपास के हाइड्रेटेड पौधों में पानी से भरे ऊतक से अलग पहचाना है.
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Protocol
प्रोटोकॉल नीचे वर्णित विवरण विशेष रूप से काम करने के लिए उन्नत हल्के स्रोत beamline 8.3.2 में लिखा गया था. रूपांतरों अन्य सिंक्रोटॉन सुविधाओं में काम करने के लिए आवश्यक हो सकता है. इन सुविधाओं का उपयोग करने के लिए उचित सुरक्षा और विकिरण के प्रशिक्षण की आवश्यकता है.
1. लाइव संयंत्रों के लिए नमूना तैयार
- ~ 10 सेमी व्यास के बर्तन में पौधों को विकसित करने के लिए, और यह सुनिश्चित करें कि मुख्य स्टेम (या स्कैन होने के लिए संयंत्र के भाग) के रूप में संभव है और उन्मुख के रूप में केंद्रित है बर्तन में खड़ी है. उन्नत हल्के स्रोत सीमा पर HRCT साधन हच के भौतिक आयाम ~ ऊंचाई में 1 मीटर पौधों रहते हैं. एक परिणाम के रूप में, जीना पौधों की इमेजिंग seedlings / पौधे छोटे बर्तन में हो पर सबसे अच्छा प्रदर्शन है. प्रयोग पर निर्भर करता है, अलग मिट्टी के प्रकार मिट्टी की नमी सामग्री (सूखे प्रयोगों में उदा) को नियंत्रित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, और लचीला गोली मारता (दाखलताओं उदाहरण के लिए) के साथ कुछ पौधों के लिए अब गोली मारता है हो सकता है ध्यान से तूएक्रिलिक ट्यूब में cked नीचे वर्णित (आंकड़े 1 और 2 देखें).
- एक कस्टम निर्मित कठोर एल्यूमीनियम बर्तन धारक में रहते कमरों का पौधों माउंट. ऊपर थाली ऊंचाई पॉट हाइट्स की एक श्रृंखला को समायोजित करने के लिए समायोजित किया जा सकता है. प्लेट के ऊपर मिट्टी की सतह के ऊपर, और थाली दो भाग के केंद्र से संयंत्र protrudes के साथ तालमेल करने के लिए बनाया गया है. बर्तन धारक का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है संयंत्र स्टेम जगह में मजबूती से आयोजित किया जाता है कंपन या नमूना गति को कम करने के लिए है. एक स्कैन के दौरान कम से कम नमूना गति आवश्यक है.
- धारक में एक बार घुड़सवार, स्टेम जल क्षमता या पत्ती स्वेद एक Scholander शैली दबाव कक्ष या एक क्लिप पर पत्ता porometer, क्रमशः, संयंत्र की शारीरिक स्थिति स्कैनिंग के लिए पहले से निर्धारित है. का उपयोग को मापने
- संयंत्र पर और एल्यूमीनियम संयंत्र धारक के शीर्ष पर एक पतली दीवारों ऐक्रेलिक सिलेंडर प्लेस और यह मिट्टी पोटीन के साथ जगह में सुरक्षित करने के लिए स्थिरनमूना (2 चित्रा). किसी एक या ऊपरी पत्ते के कंपन आंदोलन नीचे प्रेषित जाएगा स्टेम और स्कैन क्षेत्र के भीतर संयंत्र के ऊतकों को स्थानांतरित करने के लिए अंततः छवि विरूपण के प्रमुख कारण हैं. सिलेंडर संयंत्र पत्ते होते हैं और हच में उपकरणों के अन्य टुकड़े कि एक स्कैन के दौरान कंपन में नतीजा होगा के खिलाफ रगड़ से संयंत्र के पत्तों को रोकने के लिए किया जाता है. अतिरिक्त प्लास्टिक की चादर, कागज तौलिये, और टेप करने के लिए आगे कंपन और संयंत्र भागों के आंदोलन को कम (4 चित्रा में नमूना आंदोलन के साथ जुड़ी समस्याओं को देखें) के लिए किया जाना चाहिए. उसके अवशोषण को एक्स - रे (जो एक दिया जोखिम समय पर छवि गुणवत्ता में कमी कर सकते हैं) को कम करने के लिए, जिसमें सिलेंडर संभव के रूप में पतली दीवारों के रूप में है, जबकि पर्याप्त कठोरता को बनाए रखने के लिए अपने समारोह में प्रदर्शन करना चाहिए.
- हवा असर मंच कस्टम पॉट धारक संलग्न है और यह (पेंच) लॉक स्रोत एक्स - रे और इमेजिंग सेंसर और कैमरा उपकरण के बीच जगह में. स्थितिके रूप में चुंबकीय चक आधार पर संभव है और केंद्र के रूप में खड़ी करने के लिए सुनिश्चित करें नमूना रोटेशन के दौरान देखने के क्षेत्र में रहता है स्टेम पर.
2. ताजा, excised प्लांट टिशू के लिए नमूना तैयार
- ताजा संयंत्र सामग्री, आमतौर पर उपजी या petioles, एक जीवित पौधे से तत्काल हटाने के बाद स्कैन किया जा सकता है. यदि प्रयोग के इरादे वाहिकाओं के भीतर जाइलम नेटवर्क, पानी की सम्पूर्णता कल्पना है और खाली हवा के साथ प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए. ऐसा करने के लिए, एक Scholander शैली दबाव चैम्बर में नमूना माउंट और कम दबाव (0.05 MPa) में लगभग 5 मिनट के लिए संकुचित या नमूने के माध्यम से हवा में नाइट्रोजन धक्का. प्रजाति वाहिका नेटवर्क खाली करने के लिए आवश्यक समय में अलग होगा. अगर इरादे के लिए नए संयंत्र के ऊतकों में एक ताजा रेजर ब्लेड का उपयोग संयंत्र से दिल का आवेश गठन की हद तक, तो आबकारी नमूनों का मूल्यांकन करने के लिए और पानी के नीचे में कटौती कर रहा है.
- Parafilm की एक परत में जनसंपर्क के लिए नमूना लपेटेंस्कैन के दौरान घटना desiccation.
- हवा असर मंच में खराब कर दिया है एक धातु की थाली है कि तय ड्रिल चक में नमूना माउंट. केंद्र और पूरबी खड़ी रूप में ऊपर वर्णित सुनिश्चित करने के लिए नमूना नमूना देखने के क्षेत्र में बनी हुई है.
3. सूखे वुडी ऊतकों के लिए नमूना तैयार
- इष्टतम ऊतक नमूना दृश्य और छवि के विपरीत, यह जरूरी है कि धीरे धीरे पूरे वुडी ऊतक का नमूना निर्जलीकरण. लगभग लंबाई में 6 सेमी नमूने काटें. चुनें कि नमूनों के रूप में सीधे रूप में लक्षित क्षेत्र में स्कैन संभव हैं और ≤ 1 सेमी की एक व्यास है.
- कम तापमान पर एक सुखाने ओवन धीरे किसी भी या ऊतक के खुर के बंटवारे के कारण के बिना नमूना सूखी में वुडी ऊतक नमूना रखें. इस प्रक्रिया प्रजातियों और ऊतकों के बीच अलग होने की संभावना है. वुडी उपजी के लिए, एक 40 डिग्री सेल्सियस के ओवन में 12 घंटा आम तौर पर महत्वपूर्ण चा के कारण के बिना उत्कृष्ट विपरीत प्रदान करने के लिए पर्याप्त हैतने की शारीरिक संरचना में nges (चित्रा 3 में प्रदर्शन तेजी से सुखाने के साथ समस्याओं को देखते हैं).
- कुछ स्थितियों में यह वांछनीय है ऐसी है कि बाद में और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग के साथ विच्छेदन दृश्य HRCT छवि में विशिष्ट अंक के लिए उन्मुख हो सकता है नमूना के भीतर एक प्रत्ययी मार्कर है. ऐसा करने के लिए एक धातु प्रत्यय या ग्लास मनका या स्टेम Parafilm का उपयोग कर के बाहर करने के लिए तार. एक अन्य विधि से एक सिलिकॉन राल (जैसे RTV-141, ब्लूस्टार Silicones, पूर्व ब्राउनश्विक, न्यू जर्सी) कि एक एकल जाइलम नाली में इंजेक्ट किया जा सकता है (Brodersen एट अल 2010 में उदाहरण देखें). का उपयोग करने के लिए है एक बार कठोर, सिलिकॉन राल नमूना में स्पष्ट रूप से दिखाई देता है और आसानी से अन्य एयर भरे जहाजों से प्रतिष्ठित है. इस मार्कर का उपयोग करने के लिए ठीक नमूना के विशिष्ट क्षेत्रों का पता लगाने के लिए.
- ड्रिल चक और केंद्र में नमूना माउंट के रूप में ऊपर वर्णित है.
4. पत्ता Tissu के लिए नमूना तैयारदो आयामी Radiograms (2 डी) के लिए ई
- पास वास्तविक समय में पत्तियों में पोत सामग्री कल्पना, पत्तियों को एक 2d रेडियोग्राम, एक दंत एक्स - रे के लिए इसी तरह का निर्माण करने के लिए स्कैन किया जा सकता है. माउंट पतली ऐक्रेलिक प्लास्टिक के दो चादरें के बीच पत्ता, और क्लिप के साथ किनारों सुरक्षित. फिर एक के बाद धारक प्रणाली और ऑप्टिकल इमेजिंग प्रणाली और एक्स - रे के स्रोत के लिए अगले breadboard स्थिति घुड़सवार नमूना देते हैं.
5. हच 8.3.2 नमूना स्कैन
- बढ़ाई है कि आपके आवेदन के लिए सबसे अच्छा काम करेगा फैसला. ALS Beamline 8.3.2 2x, 5x, और 10x magnifications के साथ लेंस के साथ स्कैन करने की क्षमता है. छवि 4.5 पिक्सेल आकार, 2.25, और 0.9 सुक्ष्ममापी, क्रमशः में ये परिणाम. बढ़ाई पर निर्भर करता है, उचित आकार का नमूना हो सकता है, के रूप में देखने के क्षेत्र बढ़ती बढ़ाई साथ घट जाती है चाहिए. कैमरा और लेंस के चुनाव के लिए विवरण और तालिका 1 में परिणामी छवि मानकों देखें.
| PCO.4000 (4008x2672) | PCO.Edge (2560x2160) (Optique पीटर) | |||
| लेंस | पिक्सेल (सुक्ष्ममापी) | देखने के क्षेत्र (मिमी) | पिक्सेल (सुक्ष्ममापी) | देखने के क्षेत्र (मिमी) |
| 10x | 0.9 | 3.6 | .65 (0.६९) | 1.7 (1.7) |
| 5x (4x) | 1.8 | 7.2 | 1.3 (1.72) | 3.3 (4.4) |
| 2x | 4.5 | 18 | 3,25 (3,44) | 8.3 (8.8) |
| 1x | 9 | 36 | 6.5 (-) | 16.6 (-) |
तालिका 1. उपलब्ध के बारे में विवरणकैमरों और 8.3.2 ALS में लेंस.
- एक्स - रे की ऊर्जा के लिए 15 कीव सेट. यह सबसे संयंत्र अनुप्रयोगों के लिए उत्कृष्ट छवि के विपरीत प्रदान (देखें Brodersen एट अल 2010, 2011, 2012a, ख) दिखाया गया है. जोखिम बार आम तौर पर कर रहे हैं मोटाई और नमूना का घनत्व (और इस प्रकार बढ़ाई इस्तेमाल किया) 100 और 1,000 मिसे के बीच सीमा पर निर्भर है. अब जोखिम बार (के रूप में लंबे समय के रूप में डिटेक्टर पिक्सल संतृप्त नहीं कर रहे हैं) आम तौर पर उच्च शोर अनुपात करने के लिए संकेत करने के लिए नेतृत्व करेंगे, लेकिन बढ़ा स्कैन समय की कीमत पर.
- एक कोणीय वेतन वृद्धि है कि आपके आवेदन के लिए उपयुक्त है चुनें. नमूने स्कैन के दौरान 180 डिग्री घुमाया कर रहे हैं, और रोटेशन के दौरान लिया छवियों की संख्या अंतराल के स्कैन डाटासेट लंबाई, और अंतिम छवि गुणवत्ता के आकार पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है, लेकिन आम तौर पर गुणवत्ता में रिटर्न ह्रासमान कर रहे हैं. विशिष्ट स्कैन 0.25 ° वेतन वृद्धि पर प्रदर्शन कर रहे हैं, स्कैन प्रति 721 छवियों उपज. Incremen घटाना0.125 ° ठीक विवरण visualizing के लिए बेहतर छवियों में परिणाम टी, लेकिन पैदावार 1440 छवियों और इस तरह एक बहुत बड़ा डाटासेट (ब्याज की एक विशिष्ट क्षेत्र के लिए, इस का मतलब है ~ डेटा के 10-30 जीबी बनाम 5 जीबी). हालांकि, शोर अनुपात करने के लिए संकेत अक्सर सुधार हुआ है और दोनों में वृद्धि हुई स्कैन समय और डेटा के आकार के लायक है. सूखी उपजी है कि ख़राब / एक स्कैन के दौरान हटना की उम्मीद नहीं कर रहे हैं हानि के बिना अब अंतराल (छोटे कोणीय वेतन वृद्धि) के अधीन किया जा सकता है. जब इमेजिंग जीवित पौधों, जहां जैविक प्रक्रियाओं (जैसे दिल का आवेश मरम्मत) कम समय के तराजू पर जगह ले छोटे अंतराल के लिए स्कैन चयन करने के लिए इस पर एक्स - रे विकिरण के संभावित हानिकारक प्रभाव को सीमित करने के लिए बेहतर है ऊतक हालांकि यह एक संभावित नुकसान पर आता है छवि गुणवत्ता. छोटा स्कैन अंतराल सतत टोमोग्राफी सेटिंग के दौरान जो नमूना लगातार rotates जबकि छवियों पर कब्जा कर रहे हैं का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है.
- प्रत्येक स्कैन के लिए, "उज्ज्वल क्षेत्र" और "क्षेत्र अंधेरे" छवियों correcte होना चाहिएd. उज्ज्वल क्षेत्र छवियों बीम में नमूना बिना छवियों हैं. ये अक्सर क्षैतिज नमूना अनुवाद द्वारा नमूना के स्कैन से पहले और बाद में एकत्र कर रहे हैं. अंधेरे क्षेत्रों में एक्स - रे बंद करके एकत्र कर रहे हैं शटर इस संकेत की राशि मापा कैमरा नहीं एक्स - रे के साथ दिखाता है.
6. डेटा संसाधन
- स्थानांतरण एक डाटा प्रोसेसिंग कंप्यूटर "" कच्चे 2D TIF छवियों, जो अधिग्रहण के कंप्यूटर से एक फ़ाइल सर्वर को निर्यात किया गया. अगर कंप्यूटर पर्याप्त रैम है, डेटा एक तथाकथित "राम ड्राइव" (राम के एक हिस्से को कंप्यूटर पर एक हार्ड ड्राइव के रूप में प्रकट होता है) को कॉपी किया जा सकता है. इस तरह सॉफ्टवेयर एक कताई हार्ड ड्राइव है, जो एक ठोस राज्य ड्राइव या फ्लैश मेमोरी की तुलना में अपेक्षाकृत धीमी है का उपयोग करने के लिए नहीं है. यह कदम काफी डेटासेट प्रक्रिया के लिए आवश्यक समय की राशि कम कर देता है.
- छवियों को एक प्रतिशत संचरण पैमाने पर करने के लिए परिवर्तित किया जाना चाहिए. 8.3.2 Beamline एक कस्टम बाकि प्लग - इन ckground सामान्य और डाउनलोड किया जा सकता है आज़ादी से उपलब्ध सॉफ्टवेयर संकुल ImageJ या फिजी (के साथ इस्तेमाल किया http://fiji.sc/ ). यह अंधेरे छवियों से गिना जाता है subtracts और चमकीले क्षेत्र द्वारा नमूना छवियों normalizes लिए छवियों कि प्रतिशत संचरण दिखाने उपज है. ऑक्टोपस सॉफ्टवेयर पैकेज (में सामान्यीकृत छवियों लोड http://www.inct.be/en/software/octopus ) और 2 डी कच्चे TIF नामित प्रसंस्करण कदम का उपयोग कर फाइलों से 3 डी डाटासेट "पुनर्निर्माण" (चित्र सामान्यकरें, अंगूठी हटाने , Sinogram निर्माण, समानांतर बीम पुनर्निर्माण). यह प्रक्रिया तो पैदावार TIF अनुप्रस्थ (पार अनुभागीय) "voxels" (बड़ा पिक्सेल तत्वों), एक एक्स, वाई, जेड समन्वय और तीव्रता एक्स - रे रेखीय अवशोषण गुणांक का प्रतिनिधित्व मूल्यों के साथ प्रत्येक से बना छवियों की एक श्रृंखला है.
7. विज़ुअलाइज़ेशन
- Visualiएक सॉफ्टवेयर संकुल की एक किस्म में छवियों के ढेर ZE. फ़्रीवेयर (जैसे Drishti, http://anusf.anu.edu.au/Vizlab/drishti/index.shtml ) मात्रा या व्यक्तिगत या चित्रों के ढेर (जैसे ImageJ या फिजी) कल्पना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. अन्य सॉफ्टवेयर संकुल के 3 डी दृश्य के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. हमारे शोध समूह Avizo सॉफ्टवेयर पैकेज (का उपयोग करता है http://www.vsg3d.com/avizo/overview ), लेकिन (Amira के रूप में दूसरों http://www.amira.com/ ) और VGStudioMax ( http://www. / volumegraphics.com ) भी आमतौर पर इस्तेमाल कर रहे हैं.
- सिस्टम स्मृति में डेटासेट लोड और आभासी अनुप्रस्थ, अनुदैर्ध्य, या रेडियल टुकड़ा झुकाव में नमूना प्रदर्शित. क्योंकि डाटासेट, आभासी स्लाइस के 3D विशेषताओं sampl के माध्यम सेई घुमाया किसी भी विमान में हित के क्षेत्रों में पारंपरिक धारावाहिक प्रकाश माइक्रोस्कोपी (विस्तृत उदाहरण के लिए 1-3 सिनेमा देखें) पर एक महत्वपूर्ण सुधार के साथ तालमेल हो सकता है.
- नमूना कल्पना के रूप में 3 डी में की जरूरत है, Avizo में अर्द्ध स्वचालित और मैन्युअल दिनचर्या की विविधता का उपयोग करने के लिए आसपास के ऊतकों से पोत lumens या अन्य संरचनाओं को अलग नमूना "खंड". विभाजन के लिए ब्याज की वस्तुओं के बीच की सीमाओं को परिभाषित करने के लिए संदर्भित करता है, इस तरह से अलग करने या उन्हें अलग - अलग क्षेत्रों में segmenting. 3 डी में प्रतिपादन की मात्रा दृश्य सॉफ्टवेयर के द्वारा किया जाता है. ऐसा करने का एक विधि प्रत्यक्ष मात्रा प्रतिपादन, जहां एक मात्रा में प्रत्येक बिंदु फेंकना और प्रकाश को अवशोषित करने के लिए माना जाता है, और उत्सर्जन और अवशोषण की राशि और रंग दिए गए दिशा में एक "रंगमैप", और जिसके परिणामस्वरूप प्रक्षेपण का उपयोग परिभाषित किया जा सकता है स्क्रीन पर प्रदर्शित होता है. वैकल्पिक रूप से, एक wireframe या 3 डी जाल सतह खंडों सीमाओं का प्रतिनिधित्व करने के लिए टी के एक 3D मॉडल दिखाने के लिए निर्माण किया हैवह ब्याज की संरचना. 3D जाल polygonal तत्वों से बना है, और तत्वों की कुल संख्या दोनों संरचना प्रजनन की निष्ठा और संबद्ध डेटा फ़ाइल का आकार (और अधिक तत्वों यानी उच्च विश्वस्तता लेकिन बड़ा फ़ाइल आकार होता है) को प्रभावित करेगा. छवि प्रसंस्करण मॉड्यूल की एक किस्म दृश्य सॉफ्टवेयर के भीतर उपलब्ध हैं मात्रा प्रतिपादन outputs, छवि चमक, इसके विपरीत, पारदर्शिता, शोर में कमी, आदि के लिए के रूप में के रूप में अच्छी तरह से नियंत्रण पर नियंत्रण
8. मात्रा का ठहराव
- एक बार विभाजन पूरा हो गया है, यह संभव है मात्रा, लंबाई, चौड़ाई, उपस्थिति, या उदाहरण के लिए अभाव में पानी, हवा, आदि के लक्ष्य संयंत्र संरचनाओं या कार्यात्मक परिवर्तन यों, Brodersen एट अल (2010) Avizo सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल किया जिसका अंदाजा दाखलता refilling वाहिकाओं के अंदर पानी की बूंदों की मात्रा में परिवर्तन. पौधे चार से आठ घंटे से अधिक हर 30 मिनट एक समय ला बनाने स्कैन किया गयापोत के सार्वजनिक उपक्रम अनुक्रम refilling. प्रत्येक स्कैन खंगाला और Avizo, जहां व्यक्तिगत बूंदों समय पर मापा गया के रूप में उनकी मात्रा में लोड किया गया था.
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Representative Results
HRCT Synchotron स्कैन सफलतापूर्वक किया गया है संयंत्र के ऊतकों और 8.3.2 beamline (5 चित्रा) का उपयोग प्रजातियों की एक विस्तृत विविधता पर लागू है, और संरचना और 3 डी में अभूतपूर्व प्रस्ताव पर संयंत्र जाइलम के समारोह में नए अंतर्दृष्टि प्रदान की है. दृश्य और अन्वेषण क्षमताओं पुनर्निर्माण 3 डी (के रूप में आंकड़े में 6-8 सचित्र, और सिनेमा 1-3) द्वारा उपलब्ध कराए गए स्थान और दोनों excised नमूनों पर जाइलम नेटवर्क के साथ संरचनाओं के उन्मुखीकरण के निर्धारण के लिए सटीक और पौधों में रहने की अनुमति देते हैं.
कुछ स्थितियों में, नमूना आंदोलन या अनपेक्षित कंपन अंतिम छवियों में विकृतियों का कारण है, व्यर्थ स्कैन (जैसे चित्रा 4) प्रतिपादन, लेकिन स्कैन समय को कम करने के सुधार (निरंतर टोमोग्राफी के साथ) क्योंकि इस तरह के डेटा हानि के हानिकारक प्रभाव को कम से कम कई अधिक स्कैन अब सीमित beamtime में पूरा किया जा सकता हैप्रत्येक उपयोगकर्ता के लिए आवंटित है. इन छोटे स्कैन बार भी समय पर एक ही दोहराने की दोहराया उपायों को दिल का आवेश प्रसार और मरम्मत की तरह प्रक्रियाओं की गतिशीलता पर कब्जा करने के लिए सक्षम हैं.
चित्रा 1. नमूने के योजनाबद्ध ALS beamline 8.3.2 में स्कैनिंग प्रक्रिया और हच के अंदर सेटअप ऊपरी बाएँ: स्रोत एक्स - रे बीम (1) (2) नमूना है कि एक ड्रिल चक कि rotates के साथ हवा तालिका से जुड़ा हुआ है के माध्यम से पेश किया है. स्कैनिंग के दौरान. एक्स - रे कि नमूने के माध्यम से पारित एक क्रिस्टल (4) scintillator जो दिखाई प्रकाश कि लेंस (6) (7) एक सीसीडी कैमरा है कि एक डिजिटल छवि पर कब्जा करने के लिए (5) के माध्यम से एक दर्पण द्वारा निर्देशित कर दिये है fluoresces पर टकराना. 2D "कच्चे" एक्स - रे चित्र (ऊपरी सही छवि उदाहरण है एक संयंत्र स्टेम नमूना के दौरान 180 डिग्री घुमाया 0.25 720 2 डी छवियों में जिसके परिणामस्वरूप °) की एक वेतन वृद्धि पर पूर्ण स्कैन बदल रहे हैं और अनुप्रस्थ (नीचे सही) छवियों है कि 3 डी पुनर्निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है के एक ढेर में परिणाम. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 2. छवि ALS beamline 8.3.2 एक स्कैनिंग के लिए तैयार रहते हैं, कमरों दाखलता दिखा हच अंदर लिया बेल एक एक्रिलिक ट्यूब (1) में निहित है. एक्स - रे बीम छोड़ दिया (2) हच में प्रवेश करती है, तो नमूना (जैसे दाखलता स्टेम) (3) के माध्यम से गुजरता है और फिर एक प्रकाश तंग कैमरा युक्त बॉक्स, scintillator और प्रकाशिकी (बॉक्स इस छवि में नहीं दिखाया में प्रवेश करती है ).
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चित्रा 3. नमूना खुर (सफेद तीर के साथ चिह्नित) के उदाहरण जब एक वुडी रूट (यहाँ देखा) के लिए बहुत लंबा है और / या सुखाने के अधीन भी एक उच्च तापमान पर इस नुकसान से बचने के लिए और ऊतक संरचना में संरचनात्मक अखंडता बनाए रखने और सच्चाई है. vivo निर्जलीकरण कुछ समय के आगे परीक्षण की आवश्यकता है. पैमाने बार = 1 मिमी.
चित्रा 4. छवि विकृतियों के रूप में कई छोटे वुडी जड़ें, नमूने के स्कैन की अवधि के दौरान आंदोलन से परिणाम के लिए यहाँ देखा. इस उदाहरण में छोटे वुडी (प्रत्येक चमकदार सफेद जगह एक ही जड़ है) अभी भी एक रहने वाले संयंत्र से जुड़ी जड़ों के एक स्तंभ थे और स्कैन स्कैन और परिणाम के दौरान जाहिरा तौर पर ले जाया गयाविकृत छवि में एड करने के लिए इस मुद्दे के नमूने पर काबू पाने के लिए सुरक्षित ऐक्रेलिक संयंत्र आसपास ट्यूब के अंदर अतिरिक्त padding के साथ स्थिर हो जाना चाहिए.
चित्रा 5. वुडी की अनुप्रस्थ छवियों के उदाहरण (ए) तटीय Redwood और (बी) घाटी ओक के लिए स्कैन उपजा है. सफेद पैमाने सलाखों दोनों छवियों में मिमी 1.0 कर रहे हैं. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .
6 चित्रा. 3 डी एक एक जीवित तटीय रैडवुड पौधा के एक HRCT स्कैन से उत्पन्न स्टेम के पुनर्निर्माण एक अनुदैर्ध्य और tr के साथ दिखायाउजागर ansverse विमान इस छवि में देखा जाइलम के अधिकांश पानी भरा है, जबकि वहाँ (काला तीर) स्टेम कि cavitation से एक सूखा प्रयोग के दौरान हुई के केंद्र में हवा भरी conduits हैं. यह स्कैन भी cavitating देखने के अधिनियम में conduits कब्जा कर लिया मध्यवर्ती ग्रे स्केल केंद्र और स्टेम बाहरी (सफेद तीर) के बीच आधे रास्ते के बारे में एक अंगूठी बनाने conduits.
चित्रा 7. Brodersen एट अल 2012 से छवि संयंत्र सेल और दो फ़र्न frond पर दो विभिन्न बिंदुओं पर स्कैन प्रजातियों में पर्यावरण जाइलम संवहनी व्यवस्था की 3 डी पुनर्निर्माण का प्रदर्शन संवहनी बंडलों नीले रंग में दिखाई दे रहे हैं, जबकि आसपास के ऊतकों को हरे रंग में है. Pteridium aquilinum, संवहनी रोटीdles दोनों frond टिप (एक) और (ग) आधार में कई कनेक्शन के साथ उच्च चालकता के लिए अनुकूलित कर रहे हैं. इसके विपरीत, Woodwardia fimbriata frond टिप (ख) और बेस (घ) में बंडलों के बीच कुछ कनेक्शन के साथ एक और अधिक रूढ़िवादी संवहनी व्यवस्था है. परिणामस्वरूप संवहनी व्यवस्था पी. में उच्च संश्लेषक दर करने के लिए नेतृत्व aquilinum लेकिन कम सहनशीलता की कीमत में सूखे के लिए, जबकि डब्ल्यू fimbriata फॉण्ड दीर्घायु के लिए कम संश्लेषक दरों पर उच्च सूखे सहिष्णुता के साथ अनुकूलित है. Frond टिप और आधार वर्गों लगभग 4 मिमी और व्यास में 9 मिमी, क्रमशः रहे हैं.
चित्रा 8. 3 डी पुनर्निर्माण अखरोट स्टेम जाइलम के HRCT स्कैन से उत्पन्न इस छवि को ऊतकों की खोज के लिए क्षमता का प्रदर्शन करने में मदद करता है अविश्वसनीय संकल्प के रूप में इन दो आसन्न जाइलम conduits है कि उनकी लंबाई के लिए एक परस्पर दीवार हैं. यहाँ, इमेज प्रोसेसिंग और चौरसाई मात्रा प्रतिपादन में पतली साझा पोत दीवार को हटा दिया है. सटीक स्थान और इस पोत दीवार की मोटाई कच्चे छवि डेटा में बनाए रखा है और के लिए कनेक्टिविटी का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इस छवि में जुड़े वाहिकाओं के प्रत्येक ~ 40 सुक्ष्ममापी व्यास है.
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मूवी 3.x/asset/supinfo/PCE_2524_sm_MovieS2.mov ध्? = 1 & = 0f7e030bb72d2057d5a891215e375093e27e1102 "लक्ष्य ="> _blank "फिल्म को देखने के लिए यहां क्लिक करें.
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Discussion
Synchotron HRCT एक शक्तिशाली, गैर विनाशकारी अविश्वसनीय विस्तार में संयंत्र vasculature की अंदरूनी कामकाज का पता लगाने के लिए एक उपकरण के साथ संयंत्र जीव प्रदान करता है. इस प्रौद्योगिकी को हाल ही में इस्तेमाल किया गया है दाखलता ज़ायलम में पहले से undescribed संरचनात्मक ढांचे की पहचान है कि विभिन्न प्रकार से विभिन्न दाखलता (Brodersen एट अल प्रेस में 2012b,.) प्रजातियों में जाइलम नेटवर्क कनेक्टिविटी बदल - इस कनेक्टिविटी काफी नाड़ी रोगज़नक़ों और emboli की क्षमता का प्रसार करने के लिए बदल सकते हैं विध्वंस जाइलम नेटवर्क भर में. रहने वाले पौधों की पहली सफल स्कैन भी दिल का आवेश के प्रसार और मरम्मत (Brodersen एट अल 2010; McElrone एट अल 2012 नई 196 Phytologist (3) :661-665) की तरह गतिशील प्रक्रियाओं के ठीक पैमाने पर विस्तार से पता चला है, और मदद की भूमिका फंसाना दिल का आवेश स्थानिक संकल्प 8.3.2 ALS HRCT द्वारा प्रदान की मरम्मत में एक विशिष्ट जीवित कोशिका प्रकार यह संभव बनाया है. इन प्रक्रियाओं और अन्य aspe बारे में विशेषजाइलम नेटवर्क के cts अभी भी रहते हैं मायावी HRCT संभावना निरंतर खोज में एक महत्वपूर्ण भूमिका खासकर जब अन्य उच्च संकल्प तकनीकों (जैसे लेजर कब्जा Microdissection) के साथ जोड़ा खेलेंगे, और अन्य हाल ही में विकसित उन्नत दृश्य तकनीकों के साथ जीव विज्ञान संयंत्र में उपयोग के लिए रखा जा सकता है ( जैसे ली एट अल, 2006; Truernit एट अल, 2008; Jahnke एट अल 2009; अय्यर - Pascuzzi एट अल 2010).
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Disclosures
हम खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
Acknowledgments
लेखकों के लिए एस Castorani, ए जे Eustis, GA Gambetta, मुख्यमंत्री Manuck, Z Nasafi, और एक zedan धन्यवाद देना चाहूंगा. इस काम के द्वारा वित्त पोषित किया गया था: कृषि कृषि अनुसंधान सेवा वर्तमान अनुसंधान सूचना प्रणाली के वित्तपोषण के अमेरिकी विभाग (अनुसंधान परियोजना 5306-21220-004-00 नहीं, उन्नत हल्के स्रोत निदेशक, विज्ञान के कार्यालय, बेसिक के कार्यालय द्वारा समर्थित है. ऊर्जा विज्ञान, अमेरिका के ऊर्जा विभाग के अनुबंध के तहत डे AC02 - 05CH11231 संख्या), और NIFA विशेषता फसलों अनुसंधान पहल AJM के लिए अनुदान.
Materials
| See specifics listed above regarding equipment at the Advanced Light Source beamline 8.3.2 |
References
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