捕捉微生物在土壤和植物与定制的显微镜

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)科学家开发出了一种定制的显微镜图像微生物在土壤和植物千分尺规模。

成像的微生物生活在土壤将帮助科学家们了解土壤微生物过程发生在微米的规模,在微生物细胞与矿物质、有机质、植物根和其他微生物。因为土壤环境异构和动态,这些交互可能不同大大一个小区域内,短时间尺度。

成像复杂的微生物系统的生物地球化学作用,如在土壤−根接口,至关重要的研究气候、农业和环境健康但复杂的三维(3 d)搭配材料广泛的光学特性。

微团聚体(< 250μm)形成,由微生物分解土壤有机质是居住着不同的微生物群落可能导致非常不同的新陈代谢和函数通常是采样的土壤体积内分子、基因或生化的分析。bet188真人除了微生物异质性,米icroorganisms也迅速应对地下温度的变化、水分、养分有效性、信号分子和其他条件。

研究者们追求一个大范围的成像技术在努力理解这些过程的空间和时间方面,但土壤和微生物的组合特征,包括物理性质和长度尺度,继续监视和描述microbe-plant-soil相互作用随着时间的推移,一个重大的挑战。

近年来,一些最令人印象深刻的进步取得了土壤中成像x射线计算机断层扫描和磁共振成像。这些模式是值得注意的,因为他们能够成像深入土壤,因此他们可以提供植物根架构前所未有的洞察力,土壤结构,甚至水运动。他们甚至被用于成像。

但这些相同的方法无法形象个人菌丝和细菌微生物,如因为对比或分辨率的局限性。LLNL的研究人员转向方法——光学成像技术与光紫外线,可见光和红外光谱,允许他们形象微生物在土壤和植物。“我们想在光学图像范围,因为它方便,温柔的和快速的,但是我们知道我们需要采取一种新的方法能够生成对比图像微生物在自然矩阵,”韦伯LLNL化学家彼得说,项目领导。

团队开发了一种label-free多光子非线性光学方法使用多个成像模式生成对比土壤微生物和化学信息在根和矿物质。

“多光子显微镜有多个优势单光子的方法,像标准荧光成像和拉曼,“LLNL物理学家Janghyuk Lee说,第一作者。“第一优势是它提供了较低的高信号样本损坏的风险。”

LLNL团队开发的方法使一个强烈的信号一般微生物,植物和矿产成像;高对比度,label-free化学成像目标生物分子诊断和矿物质;很强的信号从特定的矿物质和一些生物分子;和更高的信息内容,深入渗透,减少散射,和photodamage相比,共焦显微镜。这项研究刊登在《华尔街日报》环境科学与技术。

使用这个工具,团队成像中丛枝菌根真菌建立共生结构无污点的植物根系在3 d 60μm深度。高质量的成像有可能在30μm深度在15μm粘土颗粒矩阵和一个复杂的土壤准备。

“我们的下一步是将自适应光学集成到这个系统并尝试形象更深,“LLNL物理学家Ted劳伦斯说,这项研究的资深作者。

这项技术允许研究人员识别未知的脂质滴共生真菌,Serendipita bescii。他们还可视化清白的假定的细菌的根源Brachypodium distachyon在土壤缩影。

“我们的结果表明,这种多通道方法前景明显的根际和土壤科学研究,“桑尼Ly LLNL物理学家说,这项研究的资深作者。“我们特别兴奋化学成像显微镜的潜力,如识别脂质在真菌。”

参考:李J, Hestrin R, Nuccio EE, et al . Label-Free多光子成像微生物的根,矿物,土壤矩阵time-gated相干拉曼光谱和荧光寿命成像。环境科学工艺。2022年。doi:10.1021 / acs.est.1c05818

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。