Complexe floral en développement sur un plant de soja, image capturée avec le microscope à rayons X ZEISS Xradia Versa montrant l'ovaire avec des ovules en développement entourés d'anthères contenant des grains de pollen brillants.

Applications d'imagerie à rayons X pour les sciences de la vie

Capture de la structure interne de la plante sans sectionnement

Informations au niveau cellulaire avec contexte 3D complet

La compréhension des systèmes d'organes végétaux peut fournir des informations sur les paramètres de santé tels que la résistance, la longévité, le rendement et la taille des cultures. Le fait de pouvoir visualiser ces composants et d'observer leur développement, leur fonctionnement et les facteurs externes qui agissent sur eux, aide à optimiser la santé et le rendement des plantes. La microscopie à rayons X non destructive fournit des informations structurelles en haute résolution à partir de différents composants de la plante sans avoir besoin de couper les échantillons et de supprimer le contexte 3D.^{1, 2}

_{Image avec l'aimable autorisation du Dr Keith Duncan, Centre de phytosciences Donald Danforth, États-Unis}

Exploration du développement de la graine

Numérisation en haute résolution d'une graine de soja en développement réalisée avec ZEISS Xradia Versa. L'ovule est situé dans l'ovaire, qui devient la gousse de soja au fur et à mesure que les graines se développent. Avec l'aimable autorisation de K. Duncan, Centre de phytosciences Donald Danforth, États-Unis.

Informations haute résolution sans compromettre la graine

La gamme d'instruments à rayons X ZEISS Xradia offre un contraste et une résolution élevés qui permettent la capture non destructive de nombreuses structures, notamment les racines, les feuilles, les tiges, l'inflorescence et les graines. Le grossissement en deux étapes du microscope à rayons X ZEISS Xradia Versa ainsi que plusieurs lentilles d'objectif permettent d'obtenir une résolution cellulaire chez ces spécimens de plantes, tout en conservant le contexte 3D complet de ce détail cellulaire.

Image d'une graine d'Arabidopsis capturée à l'aide du microscope à rayons X ZEISS Xradia Versa et segmentée en 3D à l'aide de Dragonfly Pro.

Générez des données quantifiables à partir d'informations 3D

Suite à l'acquisition en haute résolution, les données peuvent être segmentées pour permettre de quantifier les données 3D. Des informations telles que le nombre, la taille et la distribution des granules d'amidon peuvent être obtenues à partir d'ensembles de données de haute qualité à l'aide de programmes d'analyse tels que Dragonfly Pro.

Examen de l'inflorescence

Développement des structures florales d'Arabidopsis à différentes échelles de longueur. Les points brillants sont des grains de pollen et l'ovaire est la structure longue et haute avec de nombreux ovules en développement (graines) à l'intérieur. Avec l'aimable autorisation de K. Duncan, Centre de phytosciences Donald Danforth, États-Unis.

Imagerie multi-échelles de structures florales fragiles et complexes

Des informations remarquables sur les structures internes des plantes jusqu'au niveau cellulaire peuvent être générées à partir des données collectées avec ZEISS Xradia Versa et traitées avec le logiciel d'analyse d'images Dragonfly Pro. Ces informations sont capturées dans le contexte intact de la plante entière, l'échantillon n'ayant pas besoin d'être réduit en taille pour capturer l'image.

Imagerie des racines

Racine poussant dans le sol. L'image de l'ensemble du corps de la seringue de 2 cm x 10 cm a été capturée pour identifier les régions d'intérêt pour une imagerie ultérieure à plus haute résolution. Avec l'aimable autorisation de K. Duncan, Centre de phytosciences Donald Danforth, St Louis, États-Unis.

Imagerie multi-échelles de racines poussant dans le sol

Le développement des structures racinaires et leur interaction avec le sol sont des facteurs déterminants de la santé et de la prolifération globales des plantes. Cependant, l'emplacement des racines sous la surface du sol peut rendre difficile l'imagerie du processus de développement des racines ou la visualisation des racines in situ. La nature non destructive de l'imagerie à rayons X en fait la technologie idéale pour visualiser les racines et les réseaux racinaires poussant dans le sol. La microscopie à rayons X haute résolution utilisant ZEISS Xradia Versa permet de visualiser la structure de la racine jusqu'au niveau cellulaire tout en gardant le contexte de la partie restante de la racine.

Recherche sur les moyens de réduire l'érosion des sols

Image d'une gousse de graine de tabouret des champs capturée avec ZEISS Xradia Versa, d'abord avec l'objectif 0,4x, puis avec l'objectif 4x. Avec l'aimable autorisation de K. Duncan, Centre de phytosciences Donald Danforth, États-Unis.

Évaluation non destructive du tabouret des champs

Il est important de trouver des moyens de réduire l'érosion des sols et le ruissellement des engrais pour maintenir la qualité des sols et optimiser le rendement des cultures à différents endroits. Le tabouret des champs est une espèce de plante qui est développée comme culture de couverture rentable, plantée entre des cultures de base conventionnelles pour réduire à la fois l'érosion et le ruissellement des engrais, emprisonner le carbone dans le sol et maintenir des populations microbiennes favorables dans le sol. La microscopie à rayons X peut être utilisée pour visualiser les structures internes du tabouret des champs sans avoir besoin de sectionner physiquement la plante.

Exploration des agrégats du sol

Agrégat du sol non perturbé à l'intérieur d'un tube d'échantillon, image capturée à plusieurs échelles à l'aide de ZEISS Xradia Versa. Avec l'aimable autorisation de K. Duncan, Centre de phytosciences Donald Danforth, États-Unis.

Capture de la structure des agrégats du sol sans perturbation

En plus de l'érosion des sols, l'impact des différentes pratiques de gestion des terres sur le sol ainsi que les agrégats présents sont une autre question importante pour la culture du sol. L'imagerie non destructive par rayons X permet d'explorer les structures, les interfaces et les évolutions en 3D d'un volume de sol. L'exploration de l'impact des pratiques de gestion des terres sur l'arrangement du sol et la santé des plantes qui y sont cultivées à plusieurs échelles de longueur fournit des informations intéressantes qui ne peuvent être obtenues autrement. Des études comparant le sol après différentes pratiques de gestion des terres telles que les techniques sans labour par rapport au labour traditionnel peuvent être menées.

Amélioration du signal sur bruit et du débit des acquisitions 3D

Poinçon de biopsie d'une feuille de tabac. L'ensemble de données de projection 2D 3001 a été reconstruit avec DeepRecon (à droite)

Poinçon de biopsie d'une feuille de tabac. L'ensemble de données de projection 2D 3001 a été reconstruit avec FDK traditionnel (à gauche) et DeepRecon (à droite). Avec l'aimable autorisation de K. Duncan et K. Czymmek, Centre de phytosciences Donald Danforth, États-Unis.

Réduction simultanée du bruit et du temps d'acquisition avec reconstruction pour apprentissage en profondeur

La reconstruction pour apprentissage en profondeur augmente à la fois le rapport signal sur bruit des ensembles de données reconstruits et le débit global de l'approche d'imagerie. ZEISS DeepRecon nécessite beaucoup moins d'images de projection 2D pour la reconstruction finale, réduisant ainsi les temps d'acquisition et améliorant jusqu'à 10 fois le débit µCT.

Cette amélioration significative des performances est possible sans avoir besoin de matériel avec faisceau à rayons X supplémentaire. Pour les spécimens d'espèces végétales, l'augmentation du débit est bénéfique pour chaque acquisition et l'augmentation du rapport signal sur bruit est particulièrement utile lorsque la résolution est poussée et que les structures d'intérêt sont autrement entourées de bruit.

  
      L'imagerie en action
      
    Centre de phytosciences Donald Danforth

Découvrez comment le plus grand institut de recherche sur les plantes indépendant à but non lucratif au monde utilise les microscopes à rayons X ZEISS Xradia Versa pour explorer le développement de l'inflorescence, effectuer une imagerie à plusieurs échelles des racines et rechercher des moyens pour réduire l'érosion des sols.

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