名古屋大學大學院生命農學研究科OUK Rachana博士、大井崇生助教、杉浦大輔講師、谷口光隆教授的研究團隊，使用連續剖切法，將試樣按一定隔膜切斷後掃描，再透過三維（3D）重建將水稻葉的内部結構視覺化，透過3D數據分析，準確地計算出了與光合能力密切相關的面向細細胞間隙的葉肉細胞和葉綠體表面積。
圖1 稻葉組織的連續剖切——透過光學顯微鏡重建的三維影像（提供：名古屋大學）
在植物的光合作用中，作爲面向二氧化碳通道的細細胞間隙的細胞和葉綠體的表面積非常重要，但其大小隻能透過將葉子組織切成薄片，用顯微鏡拍攝的平面像來推測。大井助教指出：「水稻葉組織，會在橫斷剖切中顯示兩頭寬中間窄的細胞截面，在縱向側面圖中顯示出柵欄狀排列的細胞截面。該從哪個截面來推測面積，沒有一個明確的標準。」
在根據葉片結構推定光合成的氣體交換能力時，「葉肉表面積」及「葉綠體表面積」是重要的資料。「葉肉表面積」及「葉綠體表面積」以單位葉面積算出的與細細胞間隙相接的葉肉細胞壁，及面向細細胞間隙的葉綠體的表面積。研究團隊將水稻葉片組織按照0.5µm的隔膜切成100～200張剖切，並將顯微鏡依次拍攝的平面影像疊加起來，得到三維立體像。在實測細胞、葉綠體的體積、面向間隙的表面積的同時，根據該3D資料製作横向截面和縱向側面圖，找到了將實測值與舊方法算出的推定值之間偏差等比縮小的條件。
研究團隊將實測值3D資料的葉肉表面積和葉綠體表面積，與估計值2D資料的葉肉表面積和葉綠體表面積進行比較，發現估計值受到剖切方向和曲率修正係數的影響很大，與3D實測值有10～40%的偏差。因此，在稻葉組織中，以2D切斷面積推定葉肉表面積和葉綠體表面積時，使用縱剖切，將葉肉細胞假定爲扁球的平均值最接近3D實測值。
另外，即使計算方法不同，葉綠體和葉肉的表面積也不會發生變化，葉綠體佔到與細細胞間隙相接的葉肉細胞壁表面積的約9成。這表明，水稻葉綠體會沿着複雜的兩頭寬中間窄的細胞壁延伸，覆蓋細胞内面向細細胞間隙的大部分，從而提高氣體交換能力。
大井助教表示：「本次研究成果，可以提高迅速推算方法的精度。希望今後對提高作物光合能力的研究也有所幫助。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Annals of Botany
論文：3-D reconstruction of rice leaf tissue for proper estimation of surface area of mesophyll cells and chloroplasts facing intercellular airspaces from 2-D section images
DOI：10.1093/aob/mcac133
