花粉在植物的遗传和进化中发挥着重要作用，是植物分类的依据之一。过去由于植物细胞较大并且有细胞壁，较难制备超薄切片样品，同时受限于透射电镜的成像区域和切片载网的尺寸限制，无法对植物细胞和组织进行大范围多尺度成像。以往对花粉的研究，都集中在对花粉的形态学、花粉及花粉管发育的研究上，关于花粉粒的三维结构研究鲜有报道。
近年来,电镜技术迅速发展,特别是电镜在生物学中的应用,目前已不仅停留在单纯直观的描述,而且已开展了由定性到定量,由平面到空间的立体研究。三维电镜（3D-EM, 3-dimensional electron microscopy）技术是将电子显微镜技术与计算机图像处理技术结合，利用大量的二维结构照片进行自动化或半自动数据拼接拟合，最终获得高分辨三维图像的技术。连续超薄切片扫描电镜成像（AutoCUTS-SEM, automatic collector of ultrathin sections scanning electron microscopy）技术是中科院生物物理所孙飞研究员团队自主开发的大尺度连续超薄切片扫描电镜三维重构技术。它可以构建“连续超薄切片库”，将切片进行永久保存并反复观察；也可以实现在高分辨扫描电子显微镜下，对生物样品进行高通量多尺度连续成像，最大的观察视野可达数毫米，是普通透射电镜观察视野几十甚至数百倍。
近日，北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心/生物学院林金星研究团队在综合学术期刊SCIENCE CHINA Life Sciences发表了题为“Three-dimensional reconstruction of Picea wilsonii Mast. pollen using automated electron microscopy” 的研究性文章。该研究运用上述的AutoCUTS-SEM技术，对青杄成熟花粉粒进行了三维重构，为研究者今后研究花粉三维结构以及其他植物组织的三维重构提供参考。
该研究在对超薄样品进行连续切片的基础上，建立了包含3127张青杄花粉的连续切片库，然后选择一套包含完整花粉粒的734张连续切片进行扫描电镜高分辨成像（图1），使用相应的算法对得到的图片进行校准和对齐，利用Imaris软件对花粉的734张图像进行三维重构（图2）。通过三维重构得到花粉各个细胞的空间排布以及多种参数，包括表面积和体积，实现了AutoCUTS-SEM技术在植物细胞研究中的开拓性应用。
图1. 在高分辨扫描电镜下青杄花粉的超微结构
图2. 青杄花粉的三维重构
该研究还对青杄花粉的气囊进行高分辨的三维结构重构（图3），发现气囊内部有众多连接，形成较为致密的网络结构。通过对气囊的高分辨三维模型分析发现，仅在单一截面中，气囊内部就有202个连接点，该结果为今后研究气囊的内部结构及生物学功能提供了新思路。
图3. 青杄花粉的气囊结构
北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心荆艳萍教授和林金星教授为该论文的共同通讯作者，硕士研究生沈微微和博士研究生马灵玉为该论文的共同第一作者。中国科学院生物物理研究所李喜霞博士、冯韵博士、孙飞研究员等为该论文的合作者。该论文得到了北京林木分子设计育种高精尖创新中心、国家自然科学基金、中央高校基本业务经费和高等学校学科创新引智计划项目的资助。实验过程中，还得到了北京林业大学姜立波博士和中国科学院自动化研究所陈曦博士所在团队的帮助。