名古屋大学大学院生命农学研究科OUK Rachana博士、大井崇生助教、杉浦大辅讲师、谷口光隆教授的研究团队，使用连续切片法，将试样按一定间隔切断后扫描，再通过三维（3D）重建将水稻叶的内部结构可视化，通过3D数据分析，准确地计算出了与光合能力密切相关的面向细胞间隙的叶肉细胞和叶绿体表面积。
图1 稻叶组织的连续切片——通过光学显微镜重建的三维图像（提供：名古屋大学）
在植物的光合作用中，作为面向二氧化碳通道的细胞间隙的细胞和叶绿体的表面积非常重要，但其大小只能通过将叶子组织切成薄片，用显微镜拍摄的平面像来推测。大井助教指出：“水稻叶组织，会在横断切片中显示两头宽中间窄的细胞截面，在纵断面中显示出栅栏状排列的细胞截面。该从哪个截面来推测面积，没有一个明确的标准。”
在根据叶片结构推定光合成的气体交换能力时，“叶肉表面积”及“叶绿体表面积”是重要的数据。“叶肉表面积”及“叶绿体表面积”以单位叶面积算出的与细胞间隙相接的叶肉细胞壁，及面向细胞间隙的叶绿体的表面积。研究团队将水稻叶片组织按照0.5µm的间隔切成100～200张切片，并将显微镜依次拍摄的平面图像叠加起来，得到三维立体像。在实测细胞、叶绿体的体积、面向间隙的表面积的同时，根据该3D数据制作横截面和纵断面，找到了将实测值与旧方法算出的推定值之间偏差缩小的条件。
研究团队将实测值3D数据的叶肉表面积和叶绿体表面积，与估计值2D数据的叶肉表面积和叶绿体表面积进行比较，发现估计值受到切片方向和曲率修正系数的影响很大，与3D实测值有10～40%的偏差。因此，在稻叶组织中，以2D切断面积推定叶肉表面积和叶绿体表面积时，使用纵切片，将叶肉细胞假定为扁球的平均值最接近3D实测值。
另外，即使计算方法不同，叶绿体和叶肉的表面积也不会发生变化，叶绿体占到与细胞间隙相接的叶肉细胞壁表面积的约9成。这表明，水稻叶绿体会沿着复杂的两头宽中间窄的细胞壁延伸，覆盖细胞内面向细胞间隙的大部分，从而提高气体交换能力。
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。希望今后对提高作物光合能力的研究也有所帮助。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Annals of Botany
论文：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
