为了更好地了解植物在贫瘠土壤中如何应用这些策略，研究人员正在深入研究簇状根系统。

广岛大学生命综合科学研究生院特任助理教授山田大綱博士分享了关于簇状根的研究见解，以及先进成像技术如何助力他的研究。

关于山田大綱博士

借助在澳大利亚的研究经验，山田大綱博士研究适应极端环境植物的养分吸收机制。 他目前关注的重点是簇根在磷吸收过程中代谢物和酶的分泌，以及调控这些过程的基因。

您目前的研究方向是什么？

山田博士： 我的研究旨在揭示植物如何高效吸收磷。 我尤其关注被称为“簇状根”的结构，它不仅能够增加根的表面积，还以大量释放有机酸和酸性磷酸酶而闻名。

因为我研究的是非模式物种（见图 1），基因操作很困难。 相反，我结合了组织化学染色、酶活性测定和基因表达分析等多种技术来推进研究。

为什么您选择以簇状根为研究重点？

山田博士： 簇状根是植物为应对土壤中常常难以获得的磷这一营养元素而进化出的高度特化的适应结构。 这些根系在动员原本无法利用的磷资源方面具有特别独特的能力。

其中最引人注目的方面之一是，负责簇状根形成的关键基因至今大多尚未被发现。 我们的研究聚焦于单个根须（构成根簇结构的小根）的发育，并正在识别调控根须原基形成的基因。

这项研究不仅加深了我们对植物养分获取策略的理解，而且通过促进磷资源的更高效利用，在农业和环境保护领域具有潜在应用。

APEXVIEW™ APX100 台式荧光显微镜如何为您的研究提供支持？

山田博士： 研究植物营养吸收机制涉及广泛的实验步骤——从植物栽培和现场取样，到元素分析、酶活性测定、代谢物分析和基因表达分析。 在这些实验步骤中，显微镜检查可能只占整个流程的一小部分——也许只有几个百分点——但所获得的图像可以显著影响研究的可靠性。

对我个人而言，熟练掌握显微镜检查是我必须掌握的基本技能之一。 在我们发表在 《新植物学家》 上的研究中，我们采用 ELF97 磷酸盐（用于酸性磷酸酶）和 Fluorol Yellow 088（用于木栓质）对簇根的根段进行染色，从而标记酸性磷酸酶¹的活性和木栓质²的定位，随后使用 APX100 荧光显微镜进行成像（见图 2）。

令我印象深刻的是，APX100 不仅具有出色的图像质量，还拥有流畅直观的工作流程。 该系统可对排列在载玻片上的多个样本进行同时概览成像，且操作简便，能够迅速定位到感兴趣的特定区域。 这些特性极大提升了我们图像采集过程的效率。

除了荧光成像之外，系统能够自然地再现植物组织的颜色和纹理，这一点也让我印象深刻。 在本研究中，可视化簇状根的结构及其对应的木栓质沉积位点，是理解其功能的一个关键环节。

借助 APX100，我们在荧光和明场模式下观察了簇状根与非簇状根区域的相同部分（见图 3）。 这使我们能够通过荧光模式确认簇状根外层不含木栓质，并通过明场模式根据木质素分布和解剖特征识别簇状根的结构特征。

因此，我们发现了一种新的分泌途径，支撑了适应超低磷条件的簇根植物的优异渗出能力。 具体来说，缺乏通常作为外部物质屏障的木栓化外皮层，使根部内层细胞的分泌物能够顺利扩散到周围的土壤中。

仔细观察不同物种根系的结构差异，对于了解植物功能至关重要。 APX100 的双摄像头系统包含高灵敏度单色相机（用于荧光成像）和彩色相机（用于明场成像），使我们能够同时采集两种类型的图像。 这一能力在植物研究中具有重要价值。

尽管显微镜检查仅是整个研究流程的一部分，我认识到以高度可靠性和效率完成这一环节对于保障研究整体质量至关重要。

该图显示了酸性磷酸酶的酶活性；它在溶解磷酸盐方面发挥作用：

¹酸性磷酸酶： 一种能水解有机化合物中磷酸盐基团的酶。 在植物中，它从根部分泌出来，将土壤中的有机磷转化为无机磷酸盐 (Pi)，从而促进磷的吸收。 其活性在酸性条件下增强。

² 木栓质 (Suberin)： 一种在植物根部维管束周围形成同心层的疏水性细胞壁成分。 作为物理屏障，其调节水和溶质的运动，并防止有害物质的入侵。 通常存在于内胚层和外胚层细胞中。

³ 木质素 (Lignin): 植物细胞壁的主要成分，提供结构强度，并保护植物组织免受微生物和昆虫的侵害。

您未来的研究目标是什么？

山田博士： 展望未来，我的目标是阐明簇状根中磷的时间动态和吸收途径——从根系分泌开始到实际吸收磷的全过程。 我们也在努力寻找控制簇状根形成的上游调控因子。 理解这些基因的时空表达模式将是关键。

显微技术将在推进这项研究中继续发挥核心作用。 使用 APX100（APX100 显微镜），我们计划生成高分辨率的拼接图像，覆盖广泛的根组织区域，并采集多维数据集。

最终，我希望能够发现簇状根系磷吸收机制的新视角，并探索如何将这些见解应用于培育具有更强磷吸收能力的作物。

深入了解 APX100 的最受欢迎功能

APX100 显微镜以其卓越的成像效果和简便的操作而闻名，使各个层级的研究人员都能轻松实现出色的成像体验。 我们与广岛大学生命科学综合研究生院的教职人员进行了交流，了解他们在进行成像和研究时最喜欢的 APX100 功能。

1. 智能样品导航器

当样品被放置在显微镜上时，智能样品导航器会立即拍摄宏观图像，并利用人工智能自动检测样品。 研究人员随后只需选择所需的观察方法即可。 现在，他们可以直接从宏观视图轻松获取所需区域的高分辨率图像。

2. 高性能双相机系统

APX100 显微镜 在单个系统内集成了两台相机： 一款色彩还原出色的彩色相机，以及一款高分辨率兼具高灵敏度的黑白相机。 系统会根据用途自动在这两者之间切换。

3. 可靠的图像质量和数据透明度

APX100 显微镜归广岛大学副教授小林由纪博士所有。 通过校内共享，研究人员现在能够高效地在多个实验室间采集数据。

小林博士分享了 APX100 的成像工作流程如何提高数据质量和透明度。

“我非常欣赏图像拍摄后可以调整对比度的工作流程。” 能够在任何调整之前呈现原始数据，即使对于不熟悉显微镜检查的人来说，也能增强对数据完整性和透明度的信心。”——广岛大学副教授小林由纪

该工作流程在确保研究数据可靠性方面发挥着至关重要的作用。 在提交论文或进行合作研究时，研究人员可以提供原始数据，从而增强研究的可重复性和透明度。

鸣谢

我们衷心感谢广岛大学生命科学综合研究科的各位教职员工在本次采访中给予的合作。

^{免责声明： 本次采访中表达的观点和陈述仅代表研究者个人，并不一定反映 Evident 的观点或主张。 文中提及的产品和技术仅供研究用途，并非设计用于临床或诊断应用。}

参考文献

Yamada, Hirotsuna，Wasaki Jun 等，2024 年。“HalALMT1 介导 Hakea laurina 在严重磷贫瘠土壤中自然生长的成熟簇状根根皮层中苹果酸的流出。”《新植物学家》。