染色體的結(jié)構(gòu)與功能的研究一直是細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)中的重大課題。Winfield等(1995)首次報(bào)道了應(yīng)用AFM觀察植物染色體的研究。他們采用常規(guī)方法分離小麥染色體,沒有經(jīng)過染色和噴金處理而直接進(jìn)行觀察,并測(cè)量了染色體表面的高度,發(fā)現(xiàn)C帶高135nm,且成對(duì)存在。Schaper等(2000)將場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)和AFM聯(lián)用,分析有絲分裂時(shí)期的大麥染色體形態(tài)變化。液相下,AFM圖像顯示前中期染色表面凝聚,后期出現(xiàn)染色單體裂隙,末期著絲粒區(qū)域清晰可見;氣相下,經(jīng)過蛋白激酶K作用后的染色體表面出現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。其他研究人員利用SNOM與AFM測(cè)量經(jīng)熒光原位雜交(FISH)處理的大麥染色體的高度和熒光強(qiáng)度,取得了良好的效果(Ohtanietal.,2002;Yoshinoetal.,2002;Fukushietal.,2003;Shichirietal.,2003)。Liu等(2003)用2mol.L-1NaCl從大麥染色質(zhì)中提取分子量為4和20kD的兩個(gè)非組蛋白后,由AFM的圖像了解到染色質(zhì)的粗糙度增加,高度減小,為研究非組蛋白與DNA的關(guān)系提供了新思路。通過用15%、30%、45%三種濃度的乙酸處理大麥染色體,結(jié)果表明,30%濃度處理可以得到清晰的染色體形貌,為研究染色體有序結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件(Sugiyamaetal.,2004)。在染色體結(jié)構(gòu)中,著絲粒與其它區(qū)域完全不同,并且這個(gè)區(qū)域的染色質(zhì)纖維結(jié)合緊密,不易觀察。為了解決這個(gè)問題,引入了一種利用顯微操作技術(shù)(micromanipulationtechnique)機(jī)械伸長(zhǎng)著絲粒的方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)著絲粒區(qū)域內(nèi)染色質(zhì)纖維的成像(Otobeetal.,2002)。

Butt等(1990)首先將AFM用于植物細(xì)胞的觀察。他們獲得了南紫薇(Lagerstroemiasubcostata)的葉片表皮及氣孔的圖像,由于表皮較厚,沒能展示200nm以下的更多細(xì)節(jié);而水生植物香睡蓮(Nymphaeaodorata)表皮相對(duì)較薄,可以見到表皮微纖絲結(jié)構(gòu)。vanderWel等(1996)用5%戊二醛固定玉米原生質(zhì)體,氣相下獲得了清晰的AFM圖像,液相下樣品易碎導(dǎo)致成像困難,而未固定的樣品則無法成像,可能是因?yàn)閽呙钑r(shí)原生質(zhì)體已經(jīng)漲破或針尖對(duì)原生質(zhì)體有一定的損傷;他們又將新鮮的長(zhǎng)壽花(Kalanchoeblossfeldiana)和玉米花粉粘在雙面膠帶上,直接進(jìn)行AFM掃描,所得圖像與FESEM一致。邢樹平等(2000)將AFM應(yīng)用到裸子植物雪松(Cedrusdeodara)和水杉(Metasequoiaglyptostroboides)花粉外壁結(jié)構(gòu)的研究中,發(fā)現(xiàn)雪松花粉外壁有很多球狀和短棒狀結(jié)構(gòu):而云杉表面則存在許多顆粒狀亞單位,支持了Southworth提出的網(wǎng)絡(luò)狀模型,即花粉外壁是顆粒狀結(jié)構(gòu)在三維空間的一種無方向性的網(wǎng)狀連接。掃描Lacandoniaschismatica和銀杏(Ginkgobiloba)細(xì)胞核的半薄切片分別得到核膜、核孔、染色質(zhì)、核仁等結(jié)構(gòu)的AFM圖像(Jimenez-GarciaandFragoso-Soriano,2000)。隨后研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)存在32nm左右的顆粒,推斷G期的銀杏細(xì)胞核為網(wǎng)狀,存在Lacandonia顆粒(Jimenez-Ramirezetal.,2002)。Yamada等(2002)獲得了白色體和葉綠體的形貌圖,并在生理緩沖液中測(cè)量表面物理彈性。在見光轉(zhuǎn)換為葉綠體之前,白色體表面比較光滑堅(jiān)硬,轉(zhuǎn)換后表面變得粗糙柔軟,白色體的粗糙度為葉綠體的20倍。Gradinaru等(2004)把AFM和雙光子共聚焦顯微鏡(confocaltwo-photonfluorescencemicroscope)組裝成多元顯微鏡(multiplexmicroscope),解決了AFM專一性不強(qiáng)、定位與鑒定困難的問題,也克服了光學(xué)顯微鏡分辨率不高的缺點(diǎn)。他們從新鮮的菠菜葉片中提取葉綠體,置于多元顯微鏡上,觀察到未垛疊的葉綠體基粒呈規(guī)則的圓形,直徑在200~1000nm之間,同時(shí)記錄了對(duì)應(yīng)部位的熒光強(qiáng)度。Kirchhoff等(2004)從形貌圖上測(cè)量菠菜類囊體內(nèi)膜脂雙層的高度為5.5nm,高于PSⅡ三聚體(4.8nm),這種差異是由于膜蛋白的存在造成的。Fukumoto等(2005)使用顯微操作技術(shù)分選日本落葉松(Larix leptolepis)原生質(zhì)體中新形成的纖維, 經(jīng)AFM測(cè)得束狀纖絲(fibiril)和亞纖絲(subfibril)直徑分別為700和170 nm。Marga 等(2005)通過實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞壁的伸長(zhǎng)導(dǎo)致微纖絲的分離, 符合多網(wǎng)絡(luò)生長(zhǎng)假說(multi-netgrowth hypothesis)。