x射线相衬成像葡萄。芽呈冻结形态，体积与抗寒性呈相关关系
《简明英语研究》提供了康奈尔大学教师、学生和工作人员撰写的期刊文章的简短、非技术摘要．
作者:Alisson P. Kovaleski, Jason P. Londo， & Kenneth D. Finkelstein
科学报告，自然研究，9:14949。https://doi.org/10.1038/s41598 - 019 - 51415 - 2。
Rebecca Wiepz总结。
外卖。
- 休眠的葡萄藤芽通过过冷来度过冬季的低温，这使得内部水在-24至-35°C(-11至-31°F)的温度范围内保持液态。
- 在休眠季节，在积累了足够的冷却时间(温度在0到7°C(32-45°F)之间)之后，芽从内休眠(对温暖的温度没有反应)过渡到生态休眠(它们失去抗寒性并开始对温暖的温度做出反应)。
- 芽的冷冻温度是通过差热分析(DTA)实验测量的，它测量芽在受控冷冻过程中释放的热量，称为“低温放热”(LTE)。dta测量芽冻结的结果。
- x射线相衬成像是一种实时观察芽冻过程的无损技术。它允许在不解剖芽的情况下可视化芽的内部结构(显微断层扫描)，并在冷冻过程中创建延时视频图像。
- 作者使用x射线显微断层扫描成像的芽诉酿酒用葡萄(简历“雷司令”),诉锐利(北美野生种)和诉amurensis(野生亚洲种)在脱气候的不同阶段和在冻结过程中。
- 不同种类的芽在大小、绿色组织的数量和占据空白空间的羊毛物质(小的毛发状结构)的数量上有所不同。
- 冻结后芽体积的增加与脱气候正相关，可能表明体积和含水量的增加降低了芽的过冷能力。
- 冻结从芽的中心开始向外扩散，冻结过程持续了几分钟。
背景。
在包括纽约在内的世界许多地区，抗寒性是农业产业成功的关键因素。葡萄藤尤其容易受到低温的影响葡萄葡萄是酿酒葡萄最常见的亲本之一，对低温很敏感。葡萄藤的芽主要靠组织中的过冷水存活。
整个冬季，寒冷时间的积累使葡萄藤芽从内休眠过渡到生态休眠并发芽。芽断通常是评估休眠差异的标准，但这依赖于可能不存在的基因型之间的相似性，特别是在葡萄藤脱气候的速度方面。葡萄藤通过组织中的过冷水来保护芽免受低温的影响，尽管在许多农业系统中普遍存在冷损害，但这种过冷却的过程在很大程度上仍然未知。
了解芽组织的形态和过冷机制是了解芽组织抗寒性和芽存活的关键。目前检查芽形态的技术通常是破坏性的，而时间分辨x射线微断层扫描使我们能够观察冰的发展，以确定导致过冷失败的原因，从而确定是什么控制了它。
利用x射线显微断层摄影技术，本研究评估了不同葡萄品种的芽发育导致芽断裂，并对芽冻结进行了成像，以确定芽冻结的开始位置。
方法。
三种不同的芽葡萄属物种,诉amurensis，诉锐利,诉酿酒用葡萄在一月底收集，放在一个冷房间的水中。然后将芽置于强迫条件下，并在不同的时间放回冷库，因此芽处于不同的脱暖状态。
采用差热分析(DTA)测定低温放热(LTE)代表的抗寒性，并与芽断天数进行比较。DTA包括将切下的芽放在热电偶上，并以缓慢而恒定的速度冷冻它们。热电偶测量花蕾的温度，以及冻结和随后花蕾死亡的时刻，产生低温放热(热电偶记录的热量)，从而使研究人员能够确定花蕾死亡的温度。
x射线显微断层摄影术使用高能电磁辐射，以不同的速率穿过材料，以非破坏性的方式产生各种植物组织内部的图像。
芽形态
在康奈尔高能同步辐射源下，利用x射线技术对三种芽在脱驯化不同时间点进行成像，观察种内和种间的形态差异。通过将不同时间点的芽组织体积与第0天的初始体积进行比较，研究人员能够描述芽接近发芽时的形态变化。
甚至在脱暖开始之前，在芽的大小、绿色组织的数量和占据空间的羊毛材料的数量方面，可以看到明显的形态差异。下面的图片显示了在强制条件下放置之前的葡萄，滨草和菊苣的花蕾。这些差异与原产地的差异有关，也与抗寒性的差异有关。
尽管不同物种的发育阶段不同，但营养结构和簇原基都是可见的。在第8天之前，水草的芽部变化不大，但随后明显扩大。葡萄花蕾仅在初芽基部有明显的扩张。在第0天和第5天，水曲柳的芽发育无明显差异。下面的图片比较了河岸草和葡萄草在强迫条件下13天的芽，初芽的扩张非常明显。
耐寒性和x射线显微断层成像。
将标准DTA测量的芽冻结温度(LTEs)与x射线微断层摄影成像进行比较。为了在成像时冻结芽，一股冷空气(冷冻流)通过芽的顶部，一个热电偶探头插入芽的底部。尽管使用低温流更快地冷却，但芽冻结温度(LTEs)与标准DTA方法收集的温度相当。
芽被冷冻并使用二维延时成像。将“时刻0”的图像与随后的图像进行比较，以分析芽的不同区域的变化。通过比较芽不同区域随时间的扩张，收集到的图像清楚地显示，组织冻结从芽的中心开始，并向外扩散。冻结事件不是瞬间发生的，正如之前DTA所认为的那样，而是持续了几分钟。第二芽和第三芽的冻结与初芽冻结是完全不同的事件。
下面的补充视频显示了芽在冻结过程中的膨胀，尽管差异相当微妙。28秒后观察花蕾的右侧，就能看到花蕾的扩张。经过的时间在左下角。针探头的温度在红框内，蓝框为外部温度。
冷冻后体积的增加与脱气候正相关，这可能表明体积的增加降低了芽的过冷能力。如图3所示，诉锐利去气候化得快得多，体积增长速度也比诉酿酒用葡萄特别是在第五天之后。
结论与展望。
x射线显微断层摄影被证明是研究芽发育和抗寒性的有效方法。虽然有人担心由于x射线暴露和热电偶探针的放置，新方法可能导致细胞死亡，但两者都不影响芽读数。
该研究表明，芽形态的差异与抗寒性的差异直接相关，并且还表明，冷冻是从芽内部传播的，可能是由于尺寸的增加导致过冷机制失效。最后，冻结事件持续了几分钟，不像之前认为的基于标准DTA的短暂峰值。
丽贝卡·维普兹是日内瓦康奈尔农业科技大学园艺部全州葡萄栽培推广项目的推广支持专家，纽约。