【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及植物微观形变研究领域，尤其涉及一种基于冷冻扫描电镜的植物细胞尺度吸湿变形测定方法。
技术介绍
1、风滚植物是草原地区广泛分布的一类草本植物，在干旱多风的非生长季，其地上残体随风扩散传播，形成干旱地区一种独特的陆表过程。在生长过程中或生长季结束，植株地上部分通常由茎频繁分支形成球形或近球形外型的风滚体在风力作用下移动，例如典型草原常见的猪毛菜、刺穗藜等。然而，区别于形成球形结构的风滚植物，糙隐子草，广泛分布于干旱半干旱地区的禾本科隐子草属植物，是现有报道中唯一一种在生长季结束后通过几何重塑形成风滚体的风滚植物。其茎节吸湿变形过程基于形态和结构的变化来确保风滚体及时响应环境变化，对该变化特征的观察有助于理解其适应机制和生态功能，而且这种快速且广泛的变形能力也可能为创造创新和高效的人工仿生材料提供灵感。
2、扫描电子显微镜技术（sem, scanning electron microscope）是一种先进的显微成像技术，它能够在保持样品原始结构的同时，对其微观形貌进行高分辨率的观察。在不损伤样品的前提下，详细还原样品表面的形貌和结构，具有较大的景深和立体感。不同放大倍数下的图像景深也有所不同：放大几千倍的图像景深可达到几十微米，而放大几万倍则为几微米，这样可以直接观察各种样品表面的细微结构。然而，对于糙隐子草这类需要控制水分进行快速动态观察的植物样品，常规电镜观测手段已无法满足需求。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于冷冻扫描电镜的植物细
2、具体地，本专利技术提供如下技术方案：
3、基于冷冻扫描电镜的植物细胞尺度吸湿变形测定方法，包括如下步骤：
4、s1、样品前处理
5、获取干燥卷曲的糙隐子草单个茎节；沿所述单个茎节的卷曲面纵切所述单个茎节，获得具有纵截面的样品；
6、s2、吸湿处理
7、将所述样品的纵截面朝上，一端固定在冷冻扫描电镜的样品台上；向所述样品上滴加水直至所述样品呈现伸直状态；
8、s3、吸水状态下的细胞尺度影像获取
9、将所述样品置于液氮泥中冷冻固化后在低温高真空状态下进行升华，使所述样品表面的水分直接由固态转化为气态而达到干燥状态；随后将所述样品置于冷冻电镜腔内，对所述样品的纵截面进行成像；
10、s4、失水状态下的细胞尺度影像获取
11、打开冷冻电镜腔，等待腔内温度回升至室温，使得样品因水分挥发恢复至卷曲状态，对所述样品的纵截面进行成像；
12、s5、吸湿变形测定
13、对比吸水状态下的细胞尺度影像和失水状态下的细胞尺度影像，获得对应位置细胞的长度变化值，计算得到收缩率。
14、进一步地，步骤s1中，纵切前先将所述单个茎节进行冷冻处理。
15、进一步地，步骤s1中，使用刀片和镊子将所述样品纵向撕裂，以获取所述样品的纵截面，在操作过程中，使刀片和镊子仅接触所述样品的两端，以确保中间部分无损伤或挤压，从而保留观察区域的完整性。
16、进一步地，步骤s2中，待所述样品从干燥卷曲状态完全伸直后，使用滤纸吸附所述样品周围的残留水分。
17、进一步地，步骤s3中，所述冷冻固化的时间为5~10s。
18、进一步地，步骤s3中，所述低温高真空具体为温度-90~-110℃和真空度9.59×10-5~9.77×10-5 mbar。
19、进一步地，步骤s3中，以观察到表面能清晰展现在视野里为达到干燥状态。
20、具体地，步骤s3中的升华过程能够避免气相与液相之间的表面张力问题，因此对样品的损伤较小。
21、进一步地，步骤s3和步骤s4中，成像的要求为观察到细胞壁上整齐排列的微纤维。
22、进一步地，步骤s5中，选取细胞壁微纤维清晰的细胞作为观测细胞，每个细胞在所述样品轴向上的两个细胞壁微纤维之间的长度为该细胞的细胞长度值，同一个细胞在吸水状态下和失水状态下细胞长度值的差值为该细胞的长度变化值，所述长度变化值与吸水状态下细胞长度值之比为该细胞的收缩率。
23、进一步地，步骤s5中，所述纵截面分为卷曲内侧和卷曲外侧，在所述卷曲内侧和所述卷曲外侧分别选取若干个细胞，以分别计算若干个细胞的收缩率平均值，得到所述卷曲内侧的变形结果和所述卷曲外侧的变形结果。
24、有益效果
25、1、针对水驱动植物（尤其是糙隐子草）组织快速变化，常规仪器难以准确捕捉失水与复水状态下微观结构变化的难题，本专利技术通过引入冷冻扫描电镜，先后获得复水状态以及失水状态下的图像，由此获得糙隐子草的细胞尺度吸湿变形结果；进一步地，本专利技术通过将糙隐子草的纵截面分为卷曲内侧和卷曲外侧，分别计算变形结果，能够更加准确描述糙隐子草的吸湿变化原理，为后期人工仿生材料的研究提供新思路。
26、2、本专利技术可以避免使用现有技术中的叔丁醇干燥法，尤其避免了将叔丁醇作为置换剂置换生物组织中的水分而产生的不可逆、过程繁琐以及样品表面容易被损伤的后果，使得本专利技术能够可逆观察糙隐子草吸湿前后的变形情况。
27、3、本专利技术还避免了使用现有技术中的临界点干燥法，尤其避免了临界点干燥法需要专门的临界点干燥设备、操作较为复杂以及设备和维护成本较高的缺点
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1.基于冷冻扫描电镜的植物细胞尺度吸湿变形测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，纵切前先将所述单个茎节进行冷冻处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1中，使用刀片和镊子将所述样品纵向撕裂，以获取所述样品的纵截面，在操作过程中，使刀片和镊子仅接触所述样品的两端，以确保中间部分无损伤或挤压，从而保留观察区域的完整性。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，待所述样品从干燥卷曲状态完全伸直后，使用滤纸吸附所述样品周围的残留水分。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述冷冻固化的时间为5~10s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述低温高真空具体为温度-90~-110℃和真空度9.59×10-5~9.77×10-5 mbar。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，以观察到表面能清晰展现在视野里为达到干燥状态。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，选取细胞壁微纤维清晰的细胞作为观测细胞，每个细胞在所述样品轴向上的两个细胞壁微纤维之间的长度为该细胞的细胞长度值，同一个细胞在吸水状态下和失水状态下细胞长度值的差值为该细胞的长度变化值，所述长度变化值与吸水状态下细胞长度值之比为该细胞的收缩率。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S5中，所述纵截面分为卷曲内侧和卷曲外侧，在所述卷曲内侧和所述卷曲外侧分别选取若干个细胞，以分别计算若干个细胞的收缩率平均值，得到所述卷曲内侧的变形结果和所述卷曲外侧的变形结果。
...【技术特征摘要】
1.基于冷冻扫描电镜的植物细胞尺度吸湿变形测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，纵切前先将所述单个茎节进行冷冻处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤s1中，使用刀片和镊子将所述样品纵向撕裂，以获取所述样品的纵截面，在操作过程中，使刀片和镊子仅接触所述样品的两端，以确保中间部分无损伤或挤压，从而保留观察区域的完整性。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，待所述样品从干燥卷曲状态完全伸直后，使用滤纸吸附所述样品周围的残留水分。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述冷冻固化的时间为5~10s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述低温高真空具体为温度-90~-110℃和真空度9.59×10-5~9.77×10-...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫玉春，罗玉红，国振杰，李乐，徐诺，包雨凡，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，
类型：发明
国别省市：
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