Lo studio dell’anatomia e della funzionalità dei sistemi vegetali ha radici antiche e, in questo ambito, l’osservazione visiva ha sempre svolto un ruolo essenziale per gli anatomisti. Nei secoli questi si sono avvalsi di ausili che hanno permesso lo studio sempre più dettagliato, fino a livelli sub-micrometrici, dell’organizzazione dei tessuti e organi degli esseri viventi. Le tecniche di microscopia hanno svolto un ruolo decisivo in questo processo, da quelle ottiche fino a quelle più avanzate come la microscopia elettronica a scansione e trasmissione. A queste, negli ultimi vent’anni, si sono affiancate tecniche di micro tomografia a raggi X ad alta risoluzione che si sono imposte come uno dei più versatili ed efficaci mezzi disponibili per lo studio delle strutture costituenti le specie vegetali. La micro tomografia computerizzata a raggi X (Micro Computed X-Ray Tomography, μCT) è una tecnica di analisi e visualizzazione digitale non distruttiva di oggetti solidi. Questa tecnologia permette di riprodurre fedelmente le relazioni spaziali che intercorrono tra le organizzazioni cellulari che costituiscono i tessuti e gli organi di un campione vegetale, permettendone una ricostruzione tridimensionale (Figura 1) e una vista da qualsiasi lato, grazie alla possibilità di ruotare liberamente la ricostruzione mediante opportuni software di visualizzazione. Dal modello tridimensionale è possibile eseguire una moltitudine di misure su complessi aspetti geometrici interni, solitamente non accessibili con tecniche di investigazione tradizionali, senza alcuna esigenza di sezionare o alterare il componente. Grazie al fatto di non essere distruttiva, questa tecnica permette anche di effettuare analisi in vivo e ripetute nel tempo, consentendo, ad esempio, di seguire l’evoluzione morfologica e fisiologica degli organi delle piante (radici, tronco, rami, foglie, gemme, infiorescenze, infruttescenze) al progredire delle fasi fenologiche. Questa tecnica è stata utilizzata anche per studi sul suolo riguardanti le caratteristiche strutturali, la componente organica e i suoi processi di trasformazione (mineralizzazione e umificazione) e le interazioni tra suolo e apparato radicale dei vegetali. Il contrasto d’immagine nell’analisi tomografica è ottenuto tramite la naturale attenuazione dei raggi X, dovuta alle strutture che assorbono o diffondono gli stessi al loro passaggio attraverso il campione analizzato. La cellulosa e le altre componenti carboniose costituenti le strutture anatomiche delle piante assorbono facilmente i raggi X e la differenza di attenuazione rispetto all’aria porta ad un eccellente contrasto, e quindi definizione, delle immagini ottenute, rendendo le tecniche tomografiche un mezzo ideale per lo studio dei tessuti legnosi. Più difficoltosa è invece la visualizzazione di organi molto idratati, a causa del minor contrasto dovuto alla presenza di soluzione acquosa di idratazione nei tessuti fibrosi e parenchimatici vegetali. Tuttavia, l’utilizzo di tecniche avanzate come quelle a contrasto di fase abbinate all’utilizzo di sorgenti di raggi X al sincrotrone, permettono di ottenere contrasti sufficienti per l’identificazione e caratterizzazione micrometrica anche di tessuti idratati. Grazie alle sue potenzialità, la micro tomografia a raggi X sta assumendo un ruolo fondamentale quale strumento di indagine strutturale e anatomica che, utilizzata da sola o meglio ancora in sinergia con tecniche microscopiche classiche e di indagine fisiologica, può portare ad una comprensione più profonda dei complessi meccanismi che regolano lo sviluppo e la funzionalità degli organismi viventi.

Conoscere l’anatomia della vite con la tomografia a raggi X.

Silvia Guidoni;Claudio Lovisolo
2021

Abstract

Lo studio dell’anatomia e della funzionalità dei sistemi vegetali ha radici antiche e, in questo ambito, l’osservazione visiva ha sempre svolto un ruolo essenziale per gli anatomisti. Nei secoli questi si sono avvalsi di ausili che hanno permesso lo studio sempre più dettagliato, fino a livelli sub-micrometrici, dell’organizzazione dei tessuti e organi degli esseri viventi. Le tecniche di microscopia hanno svolto un ruolo decisivo in questo processo, da quelle ottiche fino a quelle più avanzate come la microscopia elettronica a scansione e trasmissione. A queste, negli ultimi vent’anni, si sono affiancate tecniche di micro tomografia a raggi X ad alta risoluzione che si sono imposte come uno dei più versatili ed efficaci mezzi disponibili per lo studio delle strutture costituenti le specie vegetali. La micro tomografia computerizzata a raggi X (Micro Computed X-Ray Tomography, μCT) è una tecnica di analisi e visualizzazione digitale non distruttiva di oggetti solidi. Questa tecnologia permette di riprodurre fedelmente le relazioni spaziali che intercorrono tra le organizzazioni cellulari che costituiscono i tessuti e gli organi di un campione vegetale, permettendone una ricostruzione tridimensionale (Figura 1) e una vista da qualsiasi lato, grazie alla possibilità di ruotare liberamente la ricostruzione mediante opportuni software di visualizzazione. Dal modello tridimensionale è possibile eseguire una moltitudine di misure su complessi aspetti geometrici interni, solitamente non accessibili con tecniche di investigazione tradizionali, senza alcuna esigenza di sezionare o alterare il componente. Grazie al fatto di non essere distruttiva, questa tecnica permette anche di effettuare analisi in vivo e ripetute nel tempo, consentendo, ad esempio, di seguire l’evoluzione morfologica e fisiologica degli organi delle piante (radici, tronco, rami, foglie, gemme, infiorescenze, infruttescenze) al progredire delle fasi fenologiche. Questa tecnica è stata utilizzata anche per studi sul suolo riguardanti le caratteristiche strutturali, la componente organica e i suoi processi di trasformazione (mineralizzazione e umificazione) e le interazioni tra suolo e apparato radicale dei vegetali. Il contrasto d’immagine nell’analisi tomografica è ottenuto tramite la naturale attenuazione dei raggi X, dovuta alle strutture che assorbono o diffondono gli stessi al loro passaggio attraverso il campione analizzato. La cellulosa e le altre componenti carboniose costituenti le strutture anatomiche delle piante assorbono facilmente i raggi X e la differenza di attenuazione rispetto all’aria porta ad un eccellente contrasto, e quindi definizione, delle immagini ottenute, rendendo le tecniche tomografiche un mezzo ideale per lo studio dei tessuti legnosi. Più difficoltosa è invece la visualizzazione di organi molto idratati, a causa del minor contrasto dovuto alla presenza di soluzione acquosa di idratazione nei tessuti fibrosi e parenchimatici vegetali. Tuttavia, l’utilizzo di tecniche avanzate come quelle a contrasto di fase abbinate all’utilizzo di sorgenti di raggi X al sincrotrone, permettono di ottenere contrasti sufficienti per l’identificazione e caratterizzazione micrometrica anche di tessuti idratati. Grazie alle sue potenzialità, la micro tomografia a raggi X sta assumendo un ruolo fondamentale quale strumento di indagine strutturale e anatomica che, utilizzata da sola o meglio ancora in sinergia con tecniche microscopiche classiche e di indagine fisiologica, può portare ad una comprensione più profonda dei complessi meccanismi che regolano lo sviluppo e la funzionalità degli organismi viventi.
MILLEVIGNE
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14
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Simone Codato, Silvia Guidoni, Claudio Lovisolo
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/2318/1820767
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