一種分析植物細胞淀粉體和蛋白體幾何特性的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分析植物細胞淀粉體和蛋白體幾何特性的方法。包括以下步驟：獲取在光學(xué)顯微鏡下拍攝到小麥胚乳細胞結(jié)構(gòu)圖；使用Photoshop軟件對拍攝的顯微圖像進行前處理，用Image-Pro?Plus軟件打開前處理后的圖像，經(jīng)標尺設(shè)定→標尺選擇→測量參數(shù)選擇→圖像分析過程得到淀粉體和蛋白體的幾何特征參數(shù)。本發(fā)明操作過程相對簡便，容易被大多數(shù)科研工作者接受。本發(fā)明能在瞬間實現(xiàn)批量化分析，大大節(jié)省了分析時間。
【專利說明】一種分析植物細胞淀粉體和蛋白體幾何特性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物科學(xué)、食品科學(xué)等【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種分析植物細胞淀粉體和蛋 白體幾何特性的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 谷類作物籽粒主要儲藏物質(zhì)是淀粉和蛋白質(zhì)，它們分別積累在胚乳細胞的淀粉體 和蛋白體內(nèi)，其發(fā)育狀況及其幾何特性決定了谷物的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，國內(nèi)外關(guān)于淀粉體 和蛋白體的研究已成為熱點。
[0003] 前人已用計算機軟件對微觀顆粒物質(zhì)進行形態(tài)分析，如用Image J軟件分析水稻 淀粉粒幾何特征、分析土壤顆粒結(jié)構(gòu)特征，用Practi Stat軟件分析小麥大、小淀粉粒軸長 等，但這些軟件精確度不高、操作過程復(fù)雜，因此應(yīng)用不是很廣泛。Image-pro plus (IPP)是 由美國Media Cybernetics公司研發(fā)的一款頂級2D、3D圖像分析軟件，它在突光成像、質(zhì)量 控制、材料成像及其它的多項科研、醫(yī)學(xué)與工業(yè)中應(yīng)用廣泛。前人曾用IPP定量雞胚尿囊膜 血管新生面積、測量真菌分生孢子形態(tài)、測量眼科角膜上皮愈合面積等，但是測量結(jié)果仍存 在一定的偏差。
[0004] 在顯微圖像分析時，Smileview和Image J軟件應(yīng)用存在一些不足。如用Smileview 對淀粉體和蛋白體的測量是通過人工手動確定其長度，因人眼的分辨能力有限，帶有很大 的隨意性，誤差較大，而Image J則是在前處理過程中的自動識別功能對淀粉粒邊緣顏色 敏感度有限，其抽出的淀粉粒邊緣局部輪廓不清晰，丟失了很多有效區(qū)域或增加了很多干 擾區(qū)域。因此，這兩款軟件的測量誤差，精確度不高。而且在分析參數(shù)方面，Smileview和 Image J則最多提供了 20余種顆粒物質(zhì)分析的參數(shù)，應(yīng)用空間有限。因此，如何從形態(tài)學(xué)微 觀結(jié)構(gòu)角度精確分析淀粉體和蛋白體幾何特性仍然是需要解決的問題。
[0005] 近幾年，我們運用樹脂半薄切片和顯微拍攝技術(shù)，對圖像進行了必要的前處理， 通過該軟件的實踐和應(yīng)用，摸索了出一套從形態(tài)學(xué)微觀結(jié)構(gòu)角度分析淀粉體和蛋白體幾何 特性的方法，在研究谷物胚乳淀粉體和蛋白體發(fā)育中具有獨特的優(yōu)勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種分析植物細胞淀粉體和蛋白體 幾何特性的方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種分析植物細胞淀粉體和蛋白體幾何特性的方 法，包括以下步驟：
[0008] (1)圖像的獲取：采集待分析的小麥籽粒樣品，經(jīng)樹脂包埋與切片過程同時在光 學(xué)顯微鏡下拍攝到小麥胚乳細胞結(jié)構(gòu)圖。
[0009] (2)圖像的前處理：使用Photoshop軟件對拍攝的顯微圖像進行必要的前處理，如 去污、亮度和對比度調(diào)節(jié)，同時使用魔棒和橡皮擦工具將胚乳細胞內(nèi)的淀粉體和蛋白體分 別以不同的顏色填充（圖1中B)。
[0010] (3)淀粉體和蛋白體幾何特征分析：用Image-Pro Plus軟件打開前處理后的圖 像，經(jīng)標尺設(shè)定一標尺選擇一測量參數(shù)選擇一圖像分析過程得到淀粉體和蛋白體的幾何特 征參數(shù)。
[0011] 本發(fā)明中，IPP在對顆粒物質(zhì)進行分析的過程中對顆粒微區(qū)的識別是依靠其吸管 工具的顏色識別功能，因前處理過程中已經(jīng)事先對圖像淀粉粒區(qū)域進行了著色操作，因此， IPP所選取的區(qū)域就是要分析的目標區(qū)域，這樣最大限度地減小了誤差。而類似的圖像分析 軟件如Image J軟件對目標區(qū)域的識別是依靠圖像二值化后形成的黑白顏色反差，因在顯 微圖像獲取過程中存在一定程度的圖像噪點，外源污點，曝光不當引起的曝光不足或者過 曝等容易引起分析誤差的因素，雖然通過圖像前處理也能盡量消除，但前處理過程繁瑣，普 及程度不高。圖像的前處理過程只需一步著色操作即可，操作過程相對簡便，容易被大多 數(shù)科研工作者接受。
[0012] 因 IPP識別的是每個圖像中的每個獨立顏色區(qū)域，其最后的分析結(jié)果為圖像中的 全部顆粒物質(zhì)的幾何參數(shù)，這樣就瞬間實現(xiàn)了批量化分析，大大節(jié)省了分析時間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是Image-Pro Plus分析前后胚乳細胞中淀粉體和蛋白體。Pb.蛋白體；SG.淀 粉體。A、原始圖像（未處理）；B、Photoshop處理后圖像；
[0014] 圖 2 是 Spatial Calibration 窗口；
[0015] 圖 3 是 Scaling 窗口；
[0016] 圖4是Image-Pro Plus分析淀粉體和蛋白體幾何特征結(jié)果圖。Pb.蛋白體；SG.淀 粉體。A、淀粉體分析結(jié)果圖；B、蛋白體分析結(jié)果圖；
[0017] 圖5是Image-Pro Plus分析淀粉體幾何特征參數(shù)測量結(jié)果；
[0018] 圖6是Image-Pro Plus分析蛋白體幾何特征參數(shù)測量結(jié)果；
[0019] 圖7是本發(fā)明方法流程圖；
[0020] 表1是Image-Pro Plus分析淀粉體和蛋白體幾何特征數(shù)據(jù)整理結(jié)果。

【具體實施方式】
[0021] 操作流程見圖7。
[0022] (一）圖像的獲取
[0023] 采集待分析的小麥籽粒樣品，經(jīng)樹脂包埋與切片過程同時在光學(xué)顯微鏡下拍攝到 小麥胚乳細胞結(jié)構(gòu)圖（圖1中A)。
[0024] (二）圖像的前處理
[0025] 使用Photoshop CS4軟件對圖像進行去污點操作，排除污點干擾，同時調(diào)節(jié)對比 度和亮度以增加分析的精度。為了將胚乳細胞內(nèi)的淀粉體和蛋白體區(qū)分開來，分別使用 Photoshop的橡皮擦和魔棒工具將淀粉體和蛋白體著色（圖1中B)。（三）設(shè)定標尺
[0026] 用Image-Pro Plus打開已經(jīng)拍攝好的測微尺圖像，利用手型工具和放大鏡工具將 標尺圖像放大到合適倍數(shù)，在菜單欄選擇Measure - calibration - spat ial打開Spatial Calibration窗口，點擊菜單欄的New按鈕，新建一個標尺。在Name欄里點擊，輸入新建標尺 的名稱1000X。在unit框里輸入單位μ m(圖2)。點pixels/unit框里的image按紐，彈出 scaling對話框，同時在標尺圖像左上角顯出一個標尺，將鼠標移到這個標尺上，點一下左 鍵，光標就立即變成小手標志，用這個小手標志把光標拖下來，點scaling中的放大鏡按紐 調(diào)出放大窗口，再將光標分別移到移到標尺的左右兩端，用左鍵拖這兩個端點到圖片兩邊 的標尺該線處。左右位置選好后，在scaling框里輸入標尺長度（μ m)，點0K關(guān)閉scaling 窗口（圖3)。
[0027] (四）選擇標尺
[0028] 在菜單欄點measure - calibration - select spatial，調(diào)出標尺選擇窗口，選擇 設(shè)定好的標尺1000X。
[0029] (五）圖像分析
[0030] 用Image-Pro打開前處理后的圖像，在菜單欄點measure - count/size,彈出測 量窗口。在窗口中選中manual - select color,彈出顏色選擇窗口 segmentation,點擊吸 管工具，在淀粉體區(qū)域點擊，為淀粉體區(qū)域選擇一種顏色，選好之后點擊close回到count/ size窗口。點擊count/size窗口中的measure菜單，點select measure,在彈出的測量 選項中選擇相應(yīng)的參數(shù)（這里選擇了面積（Area),最大直徑（Diameter(max)),最小直徑 (Diameter (min))和圓度（Roundness))。然后點擊測量選擇窗口的0K紐，關(guān)閉這個窗口， 就回到了 count/size窗口，再點擊一下count按紐，程序就會對淀粉體幾何特征參數(shù)自動 進行測量（圖4中A)。分別點擊count/size窗口中view菜單里的measureme nt data得 到淀粉體幾何特征的統(tǒng)計數(shù)據(jù)（圖5,表1)，同理可得出蛋白體的統(tǒng)計數(shù)據(jù)（圖4中B，圖 6,表 1)。
[0031] 表 1
[0032]

【權(quán)利要求】
1. 一種分析植物細胞淀粉體和蛋白體幾何特性的方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 圖像的獲?。翰杉治龅男←溩蚜悠罚?jīng)樹脂包埋與切片過程同時在光學(xué)顯 微鏡下拍攝到小麥胚乳細胞結(jié)構(gòu)圖； (2) 圖像的前處理：使用Photoshop軟件對拍攝的顯微圖像進行前處理，將胚乳細胞內(nèi) 的淀粉體和蛋白體分別以不同的顏色填充； (3) 淀粉體和蛋白體幾何特征分析：用Image-Pro Plus軟件打開前處理后的圖像，經(jīng) 標尺設(shè)定一標尺選擇一測量參數(shù)選擇一圖像分析過程得到淀粉體和蛋白體的幾何特征參 數(shù)。
【文檔編號】G01N1/30GK104062212SQ201410342921
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】熊飛, 余徐潤, 周亮, 張靜, 于恒, 王 忠 申請人:揚州大學(xué)