顯微CT掃描在分析木栓病梨果實(shí)中的應(yīng)用

古人稱(chēng)梨為 “百果之宗”，九月金秋，天干物燥，梨是深受大家喜愛(ài)的水果。然而，功效甚多的梨也會(huì)生病，木栓病是梨果實(shí)中危害很大的生理病害之一，每年都會(huì)給果農(nóng)造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)的崔振華、王南南等人在前人研究的基礎(chǔ)上，借助三英精密的X射線顯微CT（nanoVoxel-3000型），選用易患木栓病的“Akizuki”品種的梨果實(shí)，進(jìn)行掃描分析，觀測(cè)其各部分的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步闡明了健康和木栓病果實(shí)之間的果實(shí)質(zhì)地變化，對(duì)木栓病的發(fā)生機(jī)制做了進(jìn)一步的研究。

三英精密nanoVoxel-3000顯微CT

梨果實(shí)亮相：

對(duì)健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)分別進(jìn)行掃描分析，對(duì)比發(fā)現(xiàn)：健康梨果實(shí)表面光滑，木栓病梨果實(shí)表面有明顯的塌陷凹坑，然而這些凹坑用肉眼觀察并不明顯。

 (A)健康梨果實(shí)  (B,C) 健康梨果實(shí)經(jīng)X射線掃描后，分別用灰色和黃色渲染的結(jié)果  

(D) 木栓病梨果實(shí)  (E,F) 木栓病梨果實(shí)經(jīng)X射線掃描后，分別用灰色和黃色渲染的結(jié)果

梨果實(shí)木栓斑點(diǎn)分布分析：

將健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)分別用番紅溶液染色，發(fā)現(xiàn)纖維素（被番紅染色的紅點(diǎn)）在木栓病梨果實(shí)中的含量高于健康梨果實(shí)。再基于X射線CT掃描分析，觀察兩種梨果實(shí)的橫切片和縱切片，木栓斑點(diǎn)（即更大和更強(qiáng)的毛孔）主要分布在靠近果皮的果肉和木栓病梨果實(shí)的花萼末端。進(jìn)一步證實(shí)了X射線CT掃描對(duì)木栓病梨果實(shí)微觀結(jié)構(gòu)分析的可靠性。

 (A,B)分別為用番紅溶液染色的健康梨果實(shí)的橫切片和縱切片 (C,D)分別為用番紅溶液染色的木栓病梨果實(shí)的橫切片和縱切片 (E,F)分別為從X射線掃描數(shù)據(jù)中提取的健康梨果實(shí)的橫切片和縱切片 (G,H)分別為從 X 射線CT掃描數(shù)據(jù)中提取的木栓病梨果實(shí)的橫切片和縱切片

梨果實(shí)孔隙結(jié)構(gòu)分析：

借助X射線顯微CT技術(shù)，對(duì)比掃描后健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)的閾值數(shù)據(jù)，進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明：木栓病梨果實(shí)的孔隙率（9.37%）與健康梨果實(shí)的孔隙率（3.52%）差異顯著。

(A,D)分別為健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)的孔隙結(jié)構(gòu) (B,E)分別為健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)的孔數(shù)和大小的直方圖 (C,F)分別為健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)的孔隙度分析（自果實(shí)花萼末端到至莖末端）

梨果實(shí)孔隙連通性分析：

對(duì)健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)的HRA（木栓病高危區(qū)域）和MRA（木栓病中危區(qū)域）進(jìn)行孔隙連通性分析。重建的三維 (3D) 網(wǎng)絡(luò)模型顯示：木栓病梨果實(shí)中，孔隙通道高度分支、連通程度高；健康果實(shí)中，分支較少、孔隙連通程度低。

(A)健康梨果實(shí)的HRA（木栓病高危區(qū)域）和MRA（木栓病中危區(qū)域）的孔隙分析  (B)圖A的重建3D網(wǎng)絡(luò)模型  (C)圖B的近景  (D,G)分別為木栓病梨果實(shí)的MRA和HRA的孔隙分析  (E,H) 分別為圖D和圖G的重建3D網(wǎng)絡(luò)模型  (F,I)分別是圖E和圖H的近景

梨果核結(jié)構(gòu)和果核孔隙連通性分析：

X射線顯微CT掃描重建后的果核結(jié)構(gòu)分析表明：健康梨果核表面光滑，木栓病梨果核有破損、表面粗糙，核變形僅發(fā)生在木栓病梨果實(shí)中。與健康梨果核長(zhǎng)而窄的孔道相比，木栓病梨果核的孔隙具有高度分支的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

(A,E)分別為健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)通過(guò)X射線掃描后切片圖  (B,F)分別為重建好的健康梨果核和木栓病梨果核3D模型  (C,G)分別為圖B和圖F的 3D網(wǎng)絡(luò)模型  (D,H)分別是圖C和圖G的近景  

梨果肉微觀結(jié)構(gòu)分析：

分別取健康梨果實(shí)和木栓病梨果實(shí)MRA（木栓病中危區(qū)域）的果肉組織，X射線顯微CT的高分辨率（0.5μm）掃描結(jié)果顯示：木栓病梨果肉的孔徑 (87 µm) 是健康梨果肉孔徑 (22 µm) 的四倍，二者孔隙大小差異明顯。

(A,B)分別為健康梨果實(shí)MRA（木栓病中危區(qū)域）果肉的黃色和灰色重建3D圖像  (C)健康果肉的X射線掃描片段  (D,E)分別為木栓病梨果實(shí)MRA果肉的黃色和灰色重建3D圖像  (F) 木栓病果肉的X射線掃描片段

結(jié)論：

高分辨率的顯微CT掃描是分析木栓病梨果實(shí)顯微結(jié)構(gòu)的有力工具，與以往的研究不同，科研工作者對(duì)梨果實(shí)微觀結(jié)構(gòu)的研究，從一個(gè)新的角度，提高了對(duì)木栓病梨果實(shí)、果核、果肉的微觀結(jié)構(gòu)特征認(rèn)識(shí)。較健康梨果實(shí)而言，木栓病梨果實(shí)具有更高的孔隙率和更高的分支孔隙連通性，進(jìn)而阻斷了某些營(yíng)養(yǎng)成分的運(yùn)輸，這可能是梨果實(shí)患木栓病的原因之一。