Complejo floral en desarrollo de soja, captado con el microscopio de rayos X ZEISS Xradia Versa, se ve el ovario con los óvulos en desarrollo rodeados por las anteras que contienen brillantes granos de polen.

Aplicaciones de captura de imágenes por rayos X para ciencias de la vida

Capture la estructura vegetal interna sin seccionamiento

Información a nivel celular con el contexto completo en 3D

Entender los sistemas de los órganos vegetales puede proporcionar información sobre parámetros de salud, como la fuerza de la cosecha, la longevidad, la eficacia del cultivo y el tamaño. La visualización de estos componentes y la forma en que se desarrollan, funcionan y se ven influidos por los factores externos ayuda a optimizar la salud de las plantas y su producción. La microscopía de rayos X no destructiva proporciona información estructural de alta resolución de diferentes componentes vegetales sin necesidad de cortar las muestras y eliminar el contexto en 3D.^{1, 2}

_{Imagen cortesía del Dr. Keith Duncan, Centro de botánica Donald Danforth, EE. UU.}

Explorando el desarrollo de una semilla

Escaneo de alta resolución de una semilla de soja en desarrollo captada con ZEISS Xradia Versa. El óvulo está situado en el ovario, que se convierte en la vaina de la soja cuando las semillas se desarrollan. Cortesía de K. Duncan, Centro de botánica Donald Danforth, EE. UU.

Información de alta resolución sin afectar a la semilla

La gama ZEISS Xradia de instrumentos de rayos X proporciona elevado contraste y alta resolución que permiten la captura no destructiva de muchas estructuras diferentes, incluyendo raíces, hojas, tallos, inflorescencias y semillas. El aumento en dos platinas del microscopio de rayos X ZEISS Xradia Versa con múltiples lentes objetivo proporciona resolución celular en estas muestras vegetales, a la vez que se mantiene el contexto 3D completo del detalle celular.

Semilla de Arabidopsis captada con el microscopio de rayos X ZEISS Xradia Versa y segmentada en 3D usando Dragonfly Pro.

Genere datos cuantificables a partir de información en 3D

Tras la adquisición de imágenes de alta resolución, se pueden segmentar los datos para permitir la cuantificación de los datos en 3D. Se puede obtener información como el número, el tamaño y la distribución de los gránulos de almidón a partir de conjuntos de datos de alta calidad mediante paquetes de análisis como Dragonfly Pro.

Investigando inflorescencias

Desarrollo de estructuras florales de Arabidopsis con diferentes escalas de longitud. Los puntos brillantes son granos de polen y el ovario es la estructura alta y larga con numerosos óvulos en desarrollo (semillas) en su interior. Cortesía de K. Duncan, Centro de botánica Donald Danforth, EE. UU.

Captura de imágenes multiescala de estructuras florales complejas y delicadas

Se puede generar información increíble de las estructuras internas de la planta hasta nivel celular con los datos recabados con ZEISS Xradia Versa y procesados con el software de análisis de imágenes Dragonfly Pro. Esta información se capta en el contexto de plantas enteras, ya que no hace falta recortar el tamaño de la muestra para la captura de imágenes.

Captura de imágenes de raíces

Raíces creciendo en el suelo. Se captó todo el cilindro de la jeringa de 2 cm x 10 cm para identificar las regiones de interés para la captura de imágenes subsiguiente con mayor resolución. Cortesía de K. Duncan, Centro de Botánica Donald Danforth, St. Louis, EE. UU.

Captura de imágenes en múltiples escalas de raíces creciendo en el suelo

El desarrollo de estructuras radiculares y su interacción con el suelo son determinantes clave de la salud general de las plantas y de su proliferación. Sin embargo, la ubicación de las raíces por debajo de la superficie del suelo puede dificultar el proceso de captura del desarrollo de la raíz o ver las raíces in situ. La naturaleza no destructiva de la captura de imágenes de rayos X la convierte en una tecnología excelente para visualizar raíces y redes radiculares mientras crecen en el suelo. La microscopía de rayos X con alta resolución mediante ZEISS Xradia Versa permite la visualización de la estructura de la raíz hasta nivel celular, pero dentro del contexto del resto de la raíz.

Investigando formas de reducir la erosión del suelo

Tegumento de Thlaspi captado con ZEISS Xradia Versa, primero con el objetivo de 0,4x y luego con el objetivo de 4x. Cortesía de K. Duncan, Centro de botánica Donald Danforth, EE. UU.

Evaluación no destructiva de Thlaspi

Es importante encontrar formas de reducir la erosión del suelo y la escorrentía de fertilizante para mantener la calidad del suelo y optimizar el rendimiento de la cosecha en diferentes lugares. Thlaspi es un género de plantas que se está desarrollando como cultivo de cobertura económicamente viable, plantado entre cultivos básicos convencionales para reducir la erosión y la escorrentía del fertilizante, secuestrar carbono en el suelo y mantener poblaciones microbianas favorables en el suelo. Se puede usar la microscopía de rayos X para visualizar las estructuras internas de Thlaspi sin necesidad de seccionar físicamente la planta.

Explorando agregados de suelo

Agregado de suelo dentro de un tubo de muestra captado en reposo en múltiples escalas usando ZEISS Xradia Versa. Cortesía de K. Duncan, Centro de botánica Donald Danforth, EE. UU.

Capte la estructura de agregados del suelo sin perturbarlos

Además de la erosión del suelo, el impacto de las distintas prácticas de gestión de la tierra sobre el suelo y los agregados del suelo es otra cuestión importante. La captura de imágenes no destructiva usando rayos X se puede usar para explorar estructuras, interfaces y cambios en 3D para el volumen de suelo. La exploración de cómo las prácticas de gestión de la tierra afectan a la disposición del suelo y la salud resultante de las plantas a múltiples escalas de longitud proporciona datos interesantes que no se podrían lograr de otro modo. Se pueden realizar estudios para comparar el suelo con diferentes prácticas de gestión de la tierra, como la agricultura sin labranza frente a la agricultura con labranza convencional.

Mejorando la relación señal-ruido y el rendimiento de las adquisiciones de imágenes en 3D

Biopsia con sacabocados de hoja de tabaco. Se reconstruyó el conjunto de datos de proyección en 2D 3001 con DeepRecon (derecha)

Biopsia con sacabocados de hoja de tabaco. Se reconstruyó el conjunto de datos de proyección en 2D 3001 con DFK tradicional (izquierda) y DeepRecon (derecha). Cortesía de K. Duncan y K. Czymmek, Centro de Investigación Donald Danforth, EE. UU.

Reducción simultánea del ruido y el tiempo de adquisición con la reconstrucción mediante aprendizaje profundo

La reconstrucción mediante aprendizaje profundo aumenta tanto la relación señal-ruido de los conjuntos de datos reconstruidos como el rendimiento general del enfoque de captura de imágenes. ZEISS DeepRecon requiere muchas menos imágenes de proyección en 2D para la reconstrucción final, reduciendo por tanto los tiempos de adquisición y mejorando hasta 10 veces el rendimiento de µCT.

Esta mejora significativa del rendimiento es posible sin necesidad de ningún hardware adicional de línea de haz de rayos X. Para muestras botánicas, el aumento del rendimiento es beneficioso para cualquier adquisición, y el aumento de la relación señal-ruido es especialmente útil cuando se intenta potenciar la resolución y de otra manera las estructuras de interés quedan ocultas por el ruido.

  
      Captura de imágenes en acción
      
    Centro de botánica Donald Danforth

Descubra cómo el mayor instituto de investigación del mundo independiente y sin ánimo de lucro utiliza microscopios de rayos X ZEISS Xradia Versa para explorar el desarrollo de inflorescencias, realizar capturas de imágenes de raíces en múltiples escalas e investigar formas de reducir la erosión del suelo.

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