一种分析植物细胞淀粉体和蛋白体几何特性的方法
【专利摘要】本发明涉及一种分析植物细胞淀粉体和蛋白体几何特性的方法。包括以下步骤：获取在光学显微镜下拍摄到小麦胚乳细胞结构图；使用Photoshop软件对拍摄的显微图像进行前处理，用Image-Pro?Plus软件打开前处理后的图像，经标尺设定→标尺选择→测量参数选择→图像分析过程得到淀粉体和蛋白体的几何特征参数。本发明操作过程相对简便，容易被大多数科研工作者接受。本发明能在瞬间实现批量化分析，大大节省了分析时间。
【专利说明】一种分析植物细胞淀粉体和蛋白体几何特性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物科学、食品科学等【技术领域】，涉及一种分析植物细胞淀粉体和蛋 白体几何特性的方法。
【背景技术】
[0002] 谷类作物籽粒主要储藏物质是淀粉和蛋白质，它们分别积累在胚乳细胞的淀粉体 和蛋白体内，其发育状况及其几何特性决定了谷物的产量和品质。因此，国内外关于淀粉体 和蛋白体的研究已成为热点。
[0003] 前人已用计算机软件对微观颗粒物质进行形态分析，如用Image J软件分析水稻 淀粉粒几何特征、分析土壤颗粒结构特征，用Practi Stat软件分析小麦大、小淀粉粒轴长 等，但这些软件精确度不高、操作过程复杂，因此应用不是很广泛。Image-pro plus (IPP)是 由美国Media Cybernetics公司研发的一款顶级2D、3D图像分析软件，它在突光成像、质量 控制、材料成像及其它的多项科研、医学与工业中应用广泛。前人曾用IPP定量鸡胚尿囊膜 血管新生面积、测量真菌分生孢子形态、测量眼科角膜上皮愈合面积等，但是测量结果仍存 在一定的偏差。
[0004] 在显微图像分析时，Smileview和Image J软件应用存在一些不足。如用Smileview 对淀粉体和蛋白体的测量是通过人工手动确定其长度，因人眼的分辨能力有限，带有很大 的随意性，误差较大，而Image J则是在前处理过程中的自动识别功能对淀粉粒边缘颜色 敏感度有限，其抽出的淀粉粒边缘局部轮廓不清晰，丢失了很多有效区域或增加了很多干 扰区域。因此，这两款软件的测量误差，精确度不高。而且在分析参数方面，Smileview和 Image J则最多提供了 20余种颗粒物质分析的参数，应用空间有限。因此，如何从形态学微 观结构角度精确分析淀粉体和蛋白体几何特性仍然是需要解决的问题。
[0005] 近几年，我们运用树脂半薄切片和显微拍摄技术，对图像进行了必要的前处理， 通过该软件的实践和应用，摸索了出一套从形态学微观结构角度分析淀粉体和蛋白体几何 特性的方法，在研究谷物胚乳淀粉体和蛋白体发育中具有独特的优势。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种分析植物细胞淀粉体和蛋白体 几何特性的方法。
[0007] 本发明所采用的技术方案是：一种分析植物细胞淀粉体和蛋白体几何特性的方 法，包括以下步骤：
[0008] (1)图像的获取：采集待分析的小麦籽粒样品，经树脂包埋与切片过程同时在光 学显微镜下拍摄到小麦胚乳细胞结构图。
[0009] (2)图像的前处理：使用Photoshop软件对拍摄的显微图像进行必要的前处理，如 去污、亮度和对比度调节，同时使用魔棒和橡皮擦工具将胚乳细胞内的淀粉体和蛋白体分 别以不同的颜色填充（图1中B)。
[0010] (3)淀粉体和蛋白体几何特征分析：用Image-Pro Plus软件打开前处理后的图 像，经标尺设定一标尺选择一测量参数选择一图像分析过程得到淀粉体和蛋白体的几何特 征参数。
[0011] 本发明中，IPP在对颗粒物质进行分析的过程中对颗粒微区的识别是依靠其吸管 工具的颜色识别功能，因前处理过程中已经事先对图像淀粉粒区域进行了着色操作，因此， IPP所选取的区域就是要分析的目标区域，这样最大限度地减小了误差。而类似的图像分析 软件如Image J软件对目标区域的识别是依靠图像二值化后形成的黑白颜色反差，因在显 微图像获取过程中存在一定程度的图像噪点，外源污点，曝光不当引起的曝光不足或者过 曝等容易引起分析误差的因素，虽然通过图像前处理也能尽量消除，但前处理过程繁琐，普 及程度不高。图像的前处理过程只需一步着色操作即可，操作过程相对简便，容易被大多 数科研工作者接受。
[0012] 因 IPP识别的是每个图像中的每个独立颜色区域，其最后的分析结果为图像中的 全部颗粒物质的几何参数，这样就瞬间实现了批量化分析，大大节省了分析时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是Image-Pro Plus分析前后胚乳细胞中淀粉体和蛋白体。Pb.蛋白体；SG.淀 粉体。A、原始图像（未处理）；B、Photoshop处理后图像；
[0014] 图 2 是 Spatial Calibration 窗口；
[0015] 图 3 是 Scaling 窗口；
[0016] 图4是Image-Pro Plus分析淀粉体和蛋白体几何特征结果图。Pb.蛋白体；SG.淀 粉体。A、淀粉体分析结果图；B、蛋白体分析结果图；
[0017] 图5是Image-Pro Plus分析淀粉体几何特征参数测量结果；
[0018] 图6是Image-Pro Plus分析蛋白体几何特征参数测量结果；
[0019] 图7是本发明方法流程图；
[0020] 表1是Image-Pro Plus分析淀粉体和蛋白体几何特征数据整理结果。
【具体实施方式】
[0021] 操作流程见图7。
[0022] (一）图像的获取
[0023] 采集待分析的小麦籽粒样品，经树脂包埋与切片过程同时在光学显微镜下拍摄到 小麦胚乳细胞结构图（图1中A)。
[0024] (二）图像的前处理
[0025] 使用Photoshop CS4软件对图像进行去污点操作，排除污点干扰，同时调节对比 度和亮度以增加分析的精度。为了将胚乳细胞内的淀粉体和蛋白体区分开来，分别使用 Photoshop的橡皮擦和魔棒工具将淀粉体和蛋白体着色（图1中B)。（三）设定标尺
[0026] 用Image-Pro Plus打开已经拍摄好的测微尺图像，利用手型工具和放大镜工具将 标尺图像放大到合适倍数，在菜单栏选择Measure - calibration - spat ial打开Spatial Calibration窗口，点击菜单栏的New按钮，新建一个标尺。在Name栏里点击，输入新建标尺 的名称1000X。在unit框里输入单位μ m(图2)。点pixels/unit框里的image按纽，弹出 scaling对话框，同时在标尺图像左上角显出一个标尺，将鼠标移到这个标尺上，点一下左 键，光标就立即变成小手标志，用这个小手标志把光标拖下来，点scaling中的放大镜按纽 调出放大窗口，再将光标分别移到移到标尺的左右两端，用左键拖这两个端点到图片两边 的标尺该线处。左右位置选好后，在scaling框里输入标尺长度（μ m)，点0K关闭scaling 窗口（图3)。
[0027] (四）选择标尺
[0028] 在菜单栏点measure - calibration - select spatial，调出标尺选择窗口，选择 设定好的标尺1000X。
[0029] (五）图像分析
[0030] 用Image-Pro打开前处理后的图像，在菜单栏点measure - count/size,弹出测 量窗口。在窗口中选中manual - select color,弹出颜色选择窗口 segmentation,点击吸 管工具，在淀粉体区域点击，为淀粉体区域选择一种颜色，选好之后点击close回到count/ size窗口。点击count/size窗口中的measure菜单，点select measure,在弹出的测量 选项中选择相应的参数（这里选择了面积（Area),最大直径（Diameter(max)),最小直径 (Diameter (min))和圆度（Roundness))。然后点击测量选择窗口的0K纽，关闭这个窗口， 就回到了 count/size窗口，再点击一下count按纽，程序就会对淀粉体几何特征参数自动 进行测量（图4中A)。分别点击count/size窗口中view菜单里的measureme nt data得 到淀粉体几何特征的统计数据（图5,表1)，同理可得出蛋白体的统计数据（图4中B，图 6,表 1)。
[0031] 表 1
[0032]
【权利要求】
1. 一种分析植物细胞淀粉体和蛋白体几何特性的方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 图像的获取：采集待分析的小麦籽粒样品，经树脂包埋与切片过程同时在光学显 微镜下拍摄到小麦胚乳细胞结构图； (2) 图像的前处理：使用Photoshop软件对拍摄的显微图像进行前处理，将胚乳细胞内 的淀粉体和蛋白体分别以不同的颜色填充； (3) 淀粉体和蛋白体几何特征分析：用Image-Pro Plus软件打开前处理后的图像，经 标尺设定一标尺选择一测量参数选择一图像分析过程得到淀粉体和蛋白体的几何特征参 数。
【文档编号】G01N1/30GK104062212SQ201410342921
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】熊飞, 余徐润, 周亮, 张静, 于恒, 王 忠 申请人:扬州大学