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等頭次報道了應(yīng)用原子力顯微鏡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,并測量了染色體表面的高度,發(fā)現(xiàn)C帶高135nm,且成對存在。Schaper等將場發(fā)射掃描電鏡和afm原子力顯微鏡聯(lián)用,分析有絲分裂時期的大麥染色體形態(tài)變化。液相下,原子力顯微鏡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測量經(jīng)熒光原位雜交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。Liu等用2mol.L-1NaCl從大麥染色質(zhì)中提取分子量為4和20kD的兩個非組蛋白后,由afm原子力顯微鏡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。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。為了解決這個問題,引入了一種利用顯微操作技術(shù)機(jī)械伸長著絲粒的方法,實(shí)現(xiàn)了對著絲粒區(qū)域內(nèi)染色質(zhì)纖維的成像。

Butt等先將原子力顯微鏡用于植物細(xì)胞的觀察。他們獲得了南紫薇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);而水生植物香睡蓮表皮相對較薄,可以見到表皮微纖絲結(jié)構(gòu)。vanderWel等用5%戊二醛固定玉米原生質(zhì)體,氣相下獲得了清晰的afm原子力顯微鏡圖像,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原生質(zhì)體已經(jīng)漲破或針尖對原生質(zhì)體有一定的損傷;他們又將新鮮的長壽花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。邢樹平等將原子力顯微鏡應(yīng)用到裸子植物雪松和水杉花粉外壁結(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。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。Yamada等獲得了白色體和葉綠體的形貌圖,并在生理緩沖液中測量表面物理彈性。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等把原子力顯微鏡和雙光子共聚焦顯微鏡組裝成多元顯微鏡,解決了afm原子力顯微鏡專一性不強(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,同時記錄了對應(yīng)部位的熒光強(qiáng)度。Kirchhoff等從形貌圖上測量菠菜類囊體內(nèi)膜脂雙層的高度為5.5nm,高于PSⅡ三聚體,這種差異是由于膜蛋白的存在造成的。Fukumoto等使用顯微操作技術(shù)分選日本落葉松原生質(zhì)體中新形成的纖維, 經(jīng)原子力顯微鏡測得束狀纖絲和亞纖絲直徑分別為700和170 nm。Marga 等通過實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞壁的伸長導(dǎo)致微纖絲的分離, 符合多網(wǎng)絡(luò)生長假說。