透射电子成像技术及其 - ihb.ac.cn

二、XXXXXX

肖媛

中国科学院水生生物研究所

分析测试中心

透射电子成像技术及其

在水生生物研究中的应用

一、电子成像技术平台情况介绍

二、透射电子成像技术原理

三、细胞超微结构介绍

四、透射电子成像技术在水生生物

研究中的应用

主要内容

分析测试中心

现有包括光学与电子成像

技术平台在内的六个技术平台，

各平台规划合理、仪器配套。

电子成像技术平台仪器概况

透射电镜

全自动组织包埋机

场发射扫描电镜冷冻电子显微镜系统

微波电镜组织处理机

冷冻干燥机

超薄切片机全自动染色机

蛋白--病毒--细菌--细胞--组织

全链条配套电子成像技术服务

离子溅射仪

全自动修块机

透射电子成像

测试样品涵盖病毒、细菌、藻类、植物和动物（组织、细胞、细

胞器），基本所有种类的样品均可接样；

高效率测试服务，最快2周可完成接样-制样-观测成像。

透射电镜

Hitachi, H7700





研究中的应用

主要内容

透射电子成像

以电子束透过样品后所产生的物像，投射到荧光屏上或

CCD上进行观察。

观察样品内部超微结构。

透射电镜（Hitachi HT7700）

工作原理

透射电镜结构图

成像放大系统

照明系统

观察记录系统

电子枪

照明透镜系统

样品室

成像透镜系统

观察室

照相室

样品

入

射

电

子

透

射

电

子

成像

加速电压

透射电镜在不同加速电压下，发射的电子波长不同、能量不同，

电子的穿透能力也不同，得到的透射电镜图像分辨率和对比度

也不同。

120KV 300KV 200KV

生物型透射电镜材料型透射电镜

• 分辨率：能看清多小的颗粒？

– 电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压

越高，电子束波长越短，能实现的分辨率越高。

分辨率

• 对比度（衬度）：荧光屏或CCD上，眼睛能观察到的光强度差别或

感光度差别。一般由组成物质种类和厚度的不同造成。质厚衬度。

– 原子序数越大，颜色越深。

– 样品越厚或越致密，颜色越深。

对比度

加速电压的选择

120KV 300KV 200KV

分辨率、损伤

对比度

分测中心的透射电镜为日本Hitach HT7700，最大加速电压

120kV，一般使用的是80kV，最大分辨率可达0.4nm。

透射电镜光学显微镜

图片

光源电子束激光、汞灯

透镜电磁透镜玻璃凸透镜

最大分辨率 0.1-0.2nm 200nm

样品厚度小大

制样时间长短

成像范围小大

能否观察活细胞否能

透射电子成像和光学成像的区别

两个问题

1、什么时候需要使用透射电镜？

• 想了解组织、细胞内部的超微结构

• 光学显微镜看不清

2、用透射电镜看什么？

• 合理推测

• 能量代谢改变——线粒体

• 光合活性改变——叶绿体、类囊体

• 蛋白质合成改变——核糖体、粗面内质网

• 找不同

• 一定要有对照

• 查文献

• 形态改变和数量变化

透射电镜制样流程

铜网直径约为3mm

透射电镜测试流程

基本所有类型的样品均可接样 1、取材（快、准、小）

2、观察目标明确

3、提供相关文献

科研人员

分析测试中心

制样

1、固定

2、脱水

3、包埋

4、聚合

5、修块

6、超薄切片

7、染色

1、上机观察

2、数据输出

微波电镜组织处理机

超薄切片机

组织包埋机修块机

染色机

送样

结果

预

留

一

个

月





研究中的应用

主要内容

1、原核细胞和真核细胞

原核细胞：拟核，没有细胞器真核细胞：有细胞核和细胞器

大肠杆菌豚鼠骨髓浆细胞

细胞核

线粒体

拟核

2、细胞核

细胞核：细胞核可以是圆形、椭圆形或不规则形，大小不等。细胞核的形状

常随细胞机能状态变化而变化，还与细胞成熟程度和年龄有关。核内电子密

度较低区域为核质和常染色质，电子密度较高区域为异染色质。

核仁细胞核形态怪异，核膜深度凹陷异染色质

3、细胞膜

细胞膜：呈现三层结构，即内外两

个致密层隔以一染色浅的中间层，

每层厚度约为2-3nm，全层厚7-10nm。

不同细胞器，甚至同一细胞器的不

同部位，膜的厚度可以不同。

细胞膜的液态镶嵌模型

4、线粒体

线粒体：形态多样，一般呈线状、粒状或短杆状，也有呈哑铃状、

环状等其他形状。

线粒体大小不一，一般横径为0.2-1.0µm，长0.5-6µm。

在不同类型的细胞和细胞不同的功能状态下，线粒体的数量、形

状和大小有很大区别。

5、叶绿体

叶绿体：形状、数目和大小因物种细胞类型、生态环境、生理状态而

有所不同。在高等植物中叶绿体像双凸或平凸透镜，长径5~10µm，短

径2~4µm，厚2~3µm；在藻类中叶绿体形状多样，有网状、带状、裂片

状和星形等等，而且体积巨大，可达100µm。

6、内质网

粗面内质网光面内质网

内质网：内质网是扁平囊状或管泡状膜性结构。表面附着核糖体的称

为粗面内质网，表面不附着核糖体的称为光面内质网，两者互相连通。

一般来说，分泌蛋白质旺盛的细胞中，粗面内质网特别发达；未分

化、未成熟的细胞，如干细胞、母细胞中的粗面内质网较不发达。

7、核糖体

核糖体：电镜下，单个核糖体是一种致密小颗粒，圆形或卵圆形。核

糖体有的附着于粗面内质网膜上，称膜结合核糖体；有的游离于细胞

质中，称游离核糖体。在旺盛增殖的细胞中游离核糖体极多。

线粒体

游离核糖体膜结合核糖体

8、高尔基体

高尔基体：电镜下，高尔基体由扁平膜囊、小泡和大泡三个基本部分

组成。

9、溶酶体

溶酶体：溶酶体为有膜包裹的小体，内含多种酸性水解酶，能分解各种

内源性或外源性物质。

初级溶酶体：内无作用底物（红圈），内容物为不同电子密度的均质。

次级溶酶体：内含有一些颗粒状或膜性物质（蓝圈），内容物非均质。

10、微绒毛

微绒毛：细胞游离面的

细胞膜和细胞质伸出的微

细指状突起，被细胞膜所

包围并垂直于细胞膜表面，

其直径约0.1µm，长度因

细胞种类或细胞生理状态

的不同而有很大差别。





研究中的应用

主要内容

纳米材料鱼体中的纳米颗粒

（直径约10nm）

1、纳米材料

噬藻体

（长度约500nm）

病毒

（直径约100nm）

2、病毒

弹状病毒

（宽约100nm，长约150nm）

2、病毒

100nm

病毒感染细胞

（病毒宽约80nm）

2、病毒

2µm

200nm

类囊体片层

（藻细胞直径约1.5µm）

叶绿体片层结构

（长度约700nm）

3、光合组织

500nm

伪空胞

（宽约100nm，长约800nm）

4、微藻伪空胞

500nm

病变组正常组

5、线粒体

1µm 1µm

鱼精子头部及鞭毛 9+2 结构

6、生殖细胞

线粒体

1µm

µ

原生动物吞噬细菌

（吞噬泡直径约为1-3µm）

原生动物吞噬藻类

（吞噬泡直径约为7-10µm）

7、原生动物

8、生物相互作用

真菌入侵藻细胞过程

难点：难以定位，接触管直径仅约300nm。

解决办法：半薄切片初步定位，目标附近连续超薄切片，从大量切片中进行海选。

华中农业大学

刘春生老师课题组

Scientific Reports. 2015.

三磷酸对四膜虫核

糖体的作用。

透射电镜应用举例


赵志娟，刘国祥老师课题组

Fottea. 2016.

一种根枝藻属新种

（Rhizoclonium ramosum）中蛋

白核的超微结构。


宋会银，刘国祥老师课题组

International Journal of Systematic an

Evolutionary Microbiology. 2016.

Mysteriochloris nanningensis FACHB-

1787的超微结构。


鲁志营，吴振斌老师课题组

Algal Research. 2017.

焦棓酸引起的铜绿微囊藻

细胞超微结构改变：细胞核开

始降解，细胞内含物减少，细

胞死亡。

朱要军，桂建芳老师学科组

BMC Genomics. 2018.

基因型性别决定（GSD）

和温度依赖性别决定（TSD）

的雄性异育银鲫具有相似的

精子结构。


李晓晖，崔宗斌老师课题组

Journal of Cellular Physiology.

2017.

研究了cldn7b基因对斑马

鱼耳上皮和耳表皮细胞的紧密

连接的影响。


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