Obecný biologický mikroskop sestává zejména z čočky objektivu, čočky okuláru, tubusu objektivu, stolku a reflektoru. Objekt umístěný na stolku se zvětší přes čočku objektivu. Když je cíl zaostřen, je možné pozorovat zvětšený obraz přes čočku okuláru. Také dalekohledy mají podobnou strukturu; používají se však pro pozorování vzdálených objektů. Dalekohled přijímá světlo z hvězdy nebo jiného vzdáleného objektu pomocí čočky objektivu a upravuje lomené světlo do ohniska přes čočku okuláru.
Biologické mikroskopy mají více čoček objektivu s různým zvětšením, aby zobrazovaly vzorky s přesností. Výkon mikroskopu však není určen pouze zvětšením; dalším důležitým faktorem je rozlišení. Rozlišení je schopnost identifikovat dva světelné body odděleně a je vyjádřeno jako nejkratší vzdálenost mezi dvěma body, které lze ještě rozlišit jako odlišné jednotky. Zatímco k zobrazení malých objektů je potřeba velké zvětšení, rozlišení určí, jak jasně je lze pozorovat. Numerická apertura (NA) je důležitým faktorem při zvažování výkonu čočky objektivu. Se zvyšující se NA se zlepšuje rozlišení a světelnost objektivu. Aberace, zkreslení nebo rozostření obrazu způsobené nedokonalostmi tvaru objektivu, je dalším faktorem, který ovlivňuje výkon objektivu.
Odvětví škrobu a cukru jsou v naší zemi velmi důležitými odvětvími zemědělství. Tato dvě odvětví jsou rovněž výrobci surovin pro potravinářský sektor. Produkce rostlin používaných při výrobě škrobu a cukru má proto ekonomický význam. Rostliny škrobu a cukru hrají důležitou roli ve zdravé výživě. Škrob je ve formě nerozpustných granulí ve studené vodě a je důležitým uhlohydrátem uloženým v rostlinných buňkách. Je hlavní složkou kukuřice, pšenice, rýže a brambor. Obsah amylózy a amylopektinu ve škrobu se liší podle druhu rostliny. Například pšeničný škrob obsahuje asi amylózu asi 25, kukuřičný škrob obsahuje asi amylopektin 97-99. Tvar, velikost a struktura granulí se také liší. Většina škrobových výrobků se používá v potravinářském a nápojovém odvětví.
Dnes se v oblasti potravinářského inženýrství provádí mikropotravinová analýza a v těchto analýzách se používají elektronové mikroskopy, jako je konfokální mikroskopie. Použitím potravinářských barviv poskytují tyto analýzy informace o škrobu, granulích uhlohydrátů, bílkovinách a mnoho dalších podrobností v mikrostruktuře. Analýza obsahu škrobu se provádí také v autorizovaných laboratořích mezi chemickými testy. Při těchto analýzách jsou dodržovány standardy publikované domácími a zahraničními organizacemi a metody analýzy a testovací kritéria přijímaná ve světě a v laboratořích je zajištěna spolehlivá a nestranná služba. Analýza škrobových zrn je vhodným zdrojem dat pro archeologii. Škrobová zrna patří do skupiny rostlinných mikrozbytků spolu s fytolity, pylem, sporami aj. Zkoumáním těchto rostlinných reziduí se odhalují změny v životním prostředí a změny přirozeně vzniklé přírodními procesy i antropogenními aktivitami.
Analýza škrobových zrn je spojena s odpověďmi na otázky ohledně užívání i opracovávání rostlin a složení rostlinné složky lidské potravy. Tato technika je také vhodná pro zkoumání funkce nástrojů, domestikaci rostlin a vegetační historii. Poškozená zrna škrobu mohou však bránit použití této konkrétní techniky. Škrob je zásobní polysacharid u většiny fotosynteticky aktivních rostlin. Výjimka jsou rostliny, které tvoří místo škrobu zásobní polysacharid inulin. Škrob je zdroj glukózy pro rostliny uzpůsobený k dlouhodobému uchování. Škrob se tvoří v zelených částech rostliny ve specializovaných organelách, chloroplastech. V chloroplastech vznikají malá škrobová zrna o průměru 1 µm. Škrobová zrna jsou spotřebována nebo transportována. Škrob se dále ukládá ve specializovaných organelách buněk, v amyloplastech. Největší množství škrobu je uloženo v zásobních orgánech ve specializovaných buňkách semen, kořenů a hlíz. Škrob je v amyloplastech uskladněn ve formě škrobových zrn, která jsou druhově specifická. Liší se tvarem, velikostí a poměrem polysacharidů. Škrob je možno identifikovat použitím optické mikroskopie v polarizovaném světle, kdy má škrobové zrno specifický optický projev (extinction cross).
Na LAPE jsou k tomuto účelu používána dvě mikroskopovací pracoviště. Optický mikroskop Nikon Eclipse a optický mikroskop Leica MD 2500. Obě pracoviště jsou vybavena digitální kamerou pro záznam a počítačem s ovládacím a analytickým softwarem. Pro přesné morfologické rozlišení škrobových zrn je třeba použít vzorky ze srovnávací sbírky. 16. 12. 2025 Do laboratoře rostlinných biologů dorazil přístroj, který dokáže zobrazit detaily buněk, dosud skryté i moderním mikroskopům. Nový superrezoluční mikroskop kombinuje tři pokročilé technologie a nabízí ostřejší snímky i možnost sledovat, jak spolu jednotlivé molekuly v buňkách interagují. Ústav experimentální botaniky Akademie věd ČR tak získává nástroj, který rozšíří možnosti výzkumu procesů důležitých pro růst a chování rostlin. Mikroskopické pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB AV ČR) je vybaveno několika špičkovými konfokálními mikroskopy, jež jsou ve světovém biologickém výzkumu standardem. Zobrazují vzorky v nesrovnatelně vyšší kvalitě než běžné školní přístroje.
Přístroj Mirava Polyscope dodala německá společnost Abberior Instruments. „Jsme první instituce ve střední Evropě, kde byl tento model instalován. Systém byl navíc upraven na míru pro mikroskopii rostlin. Mikroskop nabízí tři pokročilé zobrazovací technologie, které využívají jev zvaný fluorescence - tedy schopnost látek vyzařovat světlo jiné barvy poté, co jsou ozářeny světlem určité vlnové délky. Například bankovky mají fluorescenci ochranné prvky, které pod ultrafialovou lampou svítí různými barvami viditelného světla. První technologií je superrezoluční mikroskopie, která dokáže zobrazit a rozlišit desetkrát menší struktury než klasická. Druhou technologií je FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy), pokročilá technika ve fluorescenční mikroskopii, která neměří jen barvu a intenzitu fluorescence jako běžný konfokální mikroskop, ale i to, jak dlouho po osvícení trvá, než fluorescence vyhasne. Třetí technologií je adaptivní optika, původně vyvinutá pro astronomické dalekohledy. U mikroskopů průběžně upravuje optickou dráhu podle charakteru vzorku, aby výsledný obraz byl co nejkvalitnější.„
„Jednotlivé technologie lze používat samostatně, ale také je kombinovat, což možnosti mikroskopu ještě rozšiřuje. Po úvodním testování a premiéře na podzimním mikroskopickém kurzu teď Mirava přechází do ostrého provozu a začínají první výzkumné projekty. O nový přístroj už projevily zájem také externí pracoviště. ÚEB AV ČR je členem národní výzkumné infrastruktury Czech-BioImaging, která sdružuje pracoviště zabývající se zobrazováním v biologickém a medicínském výzkumu. Nákup přístroje byl financován z prostředků Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy z Operačního programu Jan Amos Komenský pro výzkumné infrastruktury.“
Stromuly, krátké i dlouhé trubicovité výrůstky plastidů, charakteristických organel rostlinných buněk, budí už řadu let pozornost rostlinných biologů. Škrob je nejhojnější rostlinný zásobní polysacharid a najdeme ho pouze v plastidech. Jeho makromolekuly jsou tvořeny velkým počtem polymerovaných molekul jednoduchého cukru, glukózy. V podobě zásobního škrobu, jehož zrna vznikající v bezbarvých plastidech - amyloplastech - najdeme například v buňkách hlíz bramboru nebo obilí pšenice, má zásadní význam pro výživu lidstva. Velký význam pro rostliny mají i drobnější zrna přechodného (transitorního, asimilačního) škrobu, ktorý se ve dne ukládá ve fotosyntetizujících chloroplastech. V noci je enzymaticky rozkládán na rozpustné cukry, které umožňují rostlinám dýchat a růst i v době, kdy neprobíhá fotosyntéza.
Uvedení čínští autoři začali zkoumat, jestli se na každodenní (vlastně každonoční) mobilizaci transitorního škrobu nepodílí také proces autofagie, který má u rostlin i ostatních mnohobuněčných organismů mnoho funkcí. Při tomto procesu jsou „nepotřebné“ molekuly nebo celé buněčné organely obaleny váčkem tvořeným dvěma membránami (autofagosomem) a jím přepraveny do jednou membránou tvořeného vaku, autolysosomu (v rostlinných buňkách do vakuoly). Tam jsou enzymaticky rozloženy a jejich stavební složky jsou využity jinde v organismu. Z literatury jim bylo známo, že se autofagie podílí na mobilizaci zásobního škrobu. Čínští autoři ve své práci kromě toho, že stanovili množství škrobu v listech, použili zejména molekulárně biologické metody, které jim umožnily ve fluorescenčním mikroskopu selektivně zviditelnit škrobová zrna a autofagozomy (označením enzymů charakteristických pro tyto struktury), a také transmisní elektronovou mikroskopii, poskytující obraz ultratenkého řezu buňkou s velmi vysokým rozlišením.
Zjistili, že velmi malá škrobová zrna jsou transportována z chloroplastů do základní cytoplazmy buněk, tam jsou obklopena autofagozomy a přenesena do vakuoly, membránou odděleného prostoru v centrální části rostlinné buňky. Enzymy přítomnými ve vakuole jsou pak degradována na rozpustné cukry, bezprostředně využitelné pro metabolismus rostliny. Jako transportní kanály pro jejich přepravu z chloroplastů zřejmě slouží právě stromuly. Čínští autoři tak potvrdili účast autofagie, vedle převládajícího enzymatického odbourávání přímo v chloroplastech, na mobilizaci asimilačního škrobu. Jejich práce ukazuje velmi nezvyklé, lze říci senzační, pohledy na malá škrobová zrna mimo plastidy - v cytoplazmě a ve vakuole (kde jsou postupně rozkládána).
Je třeba zodpovědět otázky, jak tato malá a pro transport z plastidů vhodná škrobová zrna vznikají a jak přesně jsou prostřednictvím stromulů uvolňována do cytoplazmy a potom obalována autofagosomy. Mikroskopie živých buněk (live cell imaging) je velmi oblíbenou metodou v oblasti buněčné biologie. Získání správných a kvalitních informací podléhá několika specifickým faktorům, které mohou experimenty s živými buňkami výrazně ovlivnit. Při pozorování živých buněk (live cell imaging) je třeba klást veliký důraz na redukci foto-toxických účinků světla (bleaching). Hustota výkonu osvětlení na rovině vzorku, kompatibilní se životem zkoumaných buněk, se pohybuje v rozmezí od mW/cm2 (widefield fluorescenční mikroskopy) do W/cm2 (konfokální mikroskopy SDCM - spinning disc confocal microscopes). Buněčné kultury a tkáně je nutné udržovat ve fyziologických podmínkách po celou dobu experimentu. Faktory jako teplota, vlhkost, složení média a pH jsou velmi důležité pro získání smysluplných informací o zkoumaných procesech.
V souvislosti s mikroskopií a rostlinnou biologií se uvádí konkrétní obraz mitochondrií v gliomových buňkách. iXon Ultra, 60x, NA: 1.49. Nasnímáno bylo celkem 6 478 1Mpx snímků! Voxel 0.201*0.201*0.293 um, X/Y:1024*1024 pixelů, Z:41, T:79, 2 kanály. Data byla nasnímání během krátkého (13 min) time-lapse experimentu při demonstraci systému Andor Dragonfly. Vzorky poskytla Dr.
16. 12. 2025 se do laboratoře rostlinných biologů dostal nový přístroj, který dokáže zobrazit detaily buněk, dosud skryté i moderním mikroskopům. Nový superrezoluční mikroskop kombinuje tři pokročilé technologie a nabízí ostřejší snímky i možnost sledovat interakce molekul v buňkách. Ústav experimentální botaniky AV ČR získává nástroj, který rozšíří možnosti výzkumu procesů důležitých pro růst a chování rostlin. Mikroskopické pracoviště ÚEB AV ČR je vybaveno několika špičkovými konfokálními mikroskopy, jež jsou ve světovém biologickém výzkumu standardem. Zobrazují vzorky v nesrovnatelně vyšší kvalitě než běžné školní přístroje.
Přístroj Mirava Polyscope dodala německá společnost Abberior Instruments. „Jsme první instituce ve střední Evropě, kde byl tento model instalován. Systém byl navíc upraven na míru pro mikroskopii rostlin. Mikroskop nabízí tři pokročilé zobrazovací technologie, které využívají jev zvaný fluorescence - tedy schopnost látek vyzařovat světlo jiné barvy poté, co jsou ozářeny světlem určité vlnové délky. První technologií je superrezoluční mikroskopie, která dokáže zobrazit a rozlišit desetkrát menší struktury než klasická. Druhou technologií je FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy), která neměří jen barvu a intenzitu fluorescence, ale i dobu dohasínání. Třetí technologií je adaptivní optika, která upravuje dráhu světla podle vzorku.“
„Jednotlivé technologie lze používat samostatně, ale také je kombinovat, což možnosti mikroskopu ještě rozšiřuje. Po úvodním testování a premiéře na podzimním mikroskopickém kurzu teď Mirava přechází do ostrého provozu a začínají první výzkumné projekty. O nový přístroj už projevily zájem také externí pracoviště. ÚEB AV ČR je členem národní výzkumné infrastruktury Czech-BioImaging, která sdružuje pracoviště zabývající se zobrazováním v biologickém a medicínském výzkumu. Nákup přístroje byl financován z prostředků Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy z Operačního programu Jan Amos Komenský pro výzkumné infrastruktury.“
- Možnosti aplikace
Analýza obsahu škrobu a trans-transitorního škrobu se v rostlinných vzorcích provádí pomocí optické mikroskopie v polarizovaném světle (extinction cross), která umožňuje identifikaci škrobu bez narušení struktury vzorku. U vzorků z amyloplastů se v praktických podmínkách pro archeologická a mikrostrukturní hodnocení ukazuje významné využití tohoto přístupu. Mikroskopie živých buněk vyžaduje specifické postupy k minimalizaci fototoxicity a zachování fyziologických podmínek po celou dobu experimentu.
Fluorescence Microscopy
Ve zkratce, kombinace tradiční optické mikroskopie se špičkovými technologiemi jako superrezoluce, FLIM a adaptivní optika umožňuje detailní studium struktury škrobu, jeho lokalizace v chloroplastech a transportu do cytoplazmy a vakuol. To přispívá k lepšímu porozumění mechanismům ukládání a mobilizace škrobu v rostlinách, a zároveň rozšiřuje možnosti archeologických a potravinářských analýz.
tags: #asimilacniho #skrob #mikroskop