利用傅里叶叠层显微术对活体植物标本进行跨尺度成像

植物标本的光学显微成像通常采用衍射极限方法，这类方法要么能够以高分辨率成像小视场（FOV）和浅景深（DOF），要么能够以低分辨率成像大视场和大景深。因此，许多重要的微小结构——例如拟南芥根冠中的细胞、藻类中的叶绿体以及叶片保卫细胞——无法以足够大的数量被分辨，从而难以对结果进行有意义的统计学解释。傅里叶叠层显微镜（FPM）是一种易于实现且成本较低的大幅面生物成像方案，该方法利用多角度照明和迭代相位恢复技术，重建样品相位和振幅的高分辨率估计值。迄今为止，FPM研究主要集中于硬件和图像重建技术的优化，其生物学和生物医学应用则主要局限于哺乳动物细胞培养物和组织学切片。我们首次将FPM应用于这些大型活体植物标本的无标记成像，以同时研究多个尺度上的细胞和亚细胞结构，旨在在大视场范围内分辨传统衍射极限方法无法观察到的结构。利用我们的FPM系统，我们实现了对浸没于水中的活体样品进行成像，在3.6 mm对角线视场内达到615 nm的分辨率；与传统明场成像相比，分辨率提高了9倍。这使得我们能够在更大的根部结构背景下分辨拟南芥（Arabidopsis thaliana）的单个根冠细胞，在大面积的水绵（Spirogyra varians）样本中识别单个叶绿体，并对大型叶片区域内的紫背万年青（Tradescantia zebrina）气孔和叶绿体进行高分辨率彩色成像。

植物样本的光学显微成像通常采用衍射极限方法，该方法要么能够以高分辨率对较小视场（FOV）和较浅景深（DOF）进行成像，要么能够以低分辨率对较大视场和较大景深进行成像。因此，许多重要的微小结构——例如拟南芥根冠中的细胞、藻类中的叶绿体以及叶片保卫细胞——无法以足够高的数量被分辨，从而难以对结果进行有意义的统计分析。傅里叶叠层显微镜（FPM）是一种易于实现且成本较低的大幅面生物成像方案，它利用多角度照明和迭代相位恢复来重建样品相位与振幅的高分辨率估计。迄今为止，许多FPM研究主要集中于硬件和图像重建技术的优化，其生物学和生物医学应用则主要局限于哺乳动物细胞培养物和组织学切片。我们首次将FPM应用于这些大型活体植物样本的无标记成像，以同时探究多个尺度上的细胞和亚细胞结构，旨在对衍射极限方法在大视场范围内无法观察到的结构进行分辨。借助我们的FPM系统，我们实现了对浸没于水中安装的活体样本进行成像，在3.6 mm对角线视场范围内达到615 nm的分辨率；与传统明场成像相比，分辨率提高了9倍。这使得我们能够在更大根部结构的整体背景下分辨拟南芥的单个根冠细胞，在大范围的水绵（Spirogyra varians）样本切片中识别单个叶绿体，并对紫露草（Tradescantia zebrina）大面积叶片中的气孔和叶绿体进行高分辨率彩色成像。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.16.752051v1?rss=1

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