A practical guide to the starch granules’ morphology study by microscopy

V K Khlestkin,T V Erst

doi:10.18699/vj17.290

Abstract

Potato starch is a valuable and aﬀordable technical raw material for a number of industries. For selection of plants producing starch with optimal processing properties eﬀective methods for physicochemical parameters evaluation of a large number of starch samples are needed. Thus, variability of phenotypic traits data are important both for fundamental works on identiﬁcation of genomic loci responsible for a wide range of potato starch characteristics as well as for applied accelerated selection of new varieties for technical use. Estimating the morphology of starch granules by microscopy is one of the most accessible and therefore widespread methods of phenotyping. We developed a four-step approach to the estimation of the geometric parameters of starch granules. It includes an isolation of starch from the tuber (stage 1), the preparation of mi-crographs of starch samples (stage 2), processing and analysis of the images obtained in the freely distributed ImageJ program (stage 3), and the construction of distribution curve for starch granules by geometric parameters (stage 4). It was shown that the starch granules of diﬀerent varieties and hybrids of potato diﬀer in morphology and can be diﬀerentiated by mi croscopy with obtaining data on the Feret’s diameter and the circularity of the particles. Thus, typical values of the Feret’s diameter of starch granules of “Alena” and “Nevsky” varieties and 785/8-5 hybrid are 5, 22 and 67 microns, respectively. The distributions on circularity of starch granules of these varieties and the hybrid have only minor diﬀerences. Light optical microscopy of starch granules followed by digital image analysis is an aﬀordable, economical, simple and eﬀective approach to phenotyping the varieties and hybrids of potato Solanum tuberosum L. on the physicochemical parameters of starch. The approach may be applied for accelerated analysis of a large number of samples on a limited amount of natural material in the ﬁeld and countryside economic laboratories.

Highlights

Как цитировать эту статью: Хлесткин В.К., Эрст Т.В
We developed a four-step approach to the e stimation of the geometric parameters of starch granules
It includes an isolation of starch from the tuber, the preparation of micrographs of starch samples, processing and analysis of the images obtained in the freely distributed ImageJ program, and the construction of distribution curve for starch granules by geometric parameters

Summary

Молекулярная генетика и клеточная биология

В случаях, когда микроскопирование гранул крахмала проводится не для изучения деталей их строения, а для оценки их морфологии, рекомендуется получить как можно более контрастное изображение, используя, например, раствор йода (можно взять аптечный раствор йода, разбавленный смесью спирта и воды (1 : 1) в 200 раз). Далее можно работать с микрофотографиями гранул крахмала, как с неокрашенными йодом, так и с окрашенными. Для сравнения приведен результат обработки фотографии неокрашенных гранул крахмала в программе ImageJ при помощи последовательности операций «Заполнение областей» (Process → Binary → Fill holes) 2) и фотография окрашенных гранул крахмала того же сорта без обработки Что при обработке фотографии неокрашенных гранул некоторые из них не были распознаны как замкнутый объект и, соответственно, будут некорректно учтены программой при подсчете и измерении.

Molecular genetics and cell biology

Округлость гранул оценивалась по формуле

Granule rotundity

Протокол выделения крахмала из клубней картофеля

Choose values to be measured

Необходимые материалы и оборудование