染色體的結構與功能的研究一直是細胞學和遺傳學中的重大課題。Winfield等(1995)首次報道了應用AFM觀察植物染色體的研究。他們采用常規方法分離小麥染色體,沒有經過染色和噴金處理而直接進行觀察,并測量了染色體表面的高度,發現C帶高135nm,且成對存在。Schaper等(2000)將場發射掃描電鏡(FESEM)和AFM聯用,分析有絲分裂時期的大麥染色體形態變化。液相下,AFM圖像顯示前中期染色表面凝聚,后期出現染色單體裂隙,末期著絲粒區域清晰可見;氣相下,經過蛋白激酶K作用后的染色體表面出現網狀結構。其他研究人員利用SNOM與AFM測量經熒光原位雜交(FISH)處理的大麥染色體的高度和熒光強度,取得了良好的效果(Ohtanietal.,2002;Yoshinoetal.,2002;Fukushietal.,2003;Shichirietal.,2003)。Liu等(2003)用2mol.L-1NaCl從大麥染色質中提取分子量為4和20kD的兩個非組蛋白后,由AFM的圖像了解到染色質的粗糙度增加,高度減小,為研究非組蛋白與DNA的關系提供了新思路。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構創造了條件(Sugiyamaetal.,2004)。在染色體結構中,著絲粒與其它區域完全不同,并且這個區域的染色質纖維結合緊密,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(micromanipulationtechnique)機械伸長著絲粒的方法,實現了對著絲粒區域內染色質纖維的成像(Otobeetal.,2002)。

Butt等(1990)首先將AFM用于植物細胞的觀察。他們獲得了南紫薇(Lagerstroemiasubcostata)的葉片表皮及氣孔的圖像,由于表皮較厚,沒能展示200nm以下的更多細節;而水生植物香睡蓮(Nymphaeaodorata)表皮相對較薄,可以見到表皮微纖絲結構。vanderWel等(1996)用5%戊二醛固定玉米原生質體,氣相下獲得了清晰的AFM圖像,液相下樣品易碎導致成像困難,而未固定的樣品則無法成像,可能是因為掃描時原生質體已經漲破或針尖對原生質體有一定的損傷;他們又將新鮮的長壽花(Kalanchoeblossfeldiana)和玉米花粉粘在雙面膠帶上,直接進行AFM掃描,所得圖像與FESEM一致。邢樹平等(2000)將AFM應用到裸子植物雪松(Cedrusdeodara)和水杉(Metasequoiaglyptostroboides)花粉外壁結構的研究中,發現雪松花粉外壁有很多球狀和短棒狀結構:而云杉表面則存在許多顆粒狀亞單位,支持了Southworth提出的網絡狀模型,即花粉外壁是顆粒狀結構在三維空間的一種無方向性的網狀連接。掃描Lacandoniaschismatica和銀杏(Ginkgobiloba)細胞核的半薄切片分別得到核膜、核孔、染色質、核仁等結構的AFM圖像(Jimenez-GarciaandFragoso-Soriano,2000)。隨后研究發現細胞核內存在32nm左右的顆粒,推斷G期的銀杏細胞核為網狀,存在Lacandonia顆粒(Jimenez-Ramirezetal.,2002)。Yamada等(2002)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。在見光轉換為葉綠體之前,白色體表面比較光滑堅硬,轉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(2004)把AFM和雙光子共聚焦顯微鏡(confocaltwo-photonfluorescencemicroscope)組裝成多元顯微鏡(multiplexmicroscope),解決了AFM專一性不強、定位與鑒定困難的問題,也克服了光學顯微鏡分辨率不高的缺點。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則的圓形,直徑在200~1000nm之間,同時記錄了對應部位的熒光強度。Kirchhoff等(2004)從形貌圖上測量菠菜類囊體內膜脂雙層的高度為5.5nm,高于PSⅡ三聚體(4.8nm),這種差異是由于膜蛋白的存在造成的。Fukumoto等(2005)使用顯微操作技術分選日本落葉松(Larix leptolepis)原生質體中新形成的纖維, 經AFM測得束狀纖絲(fibiril)和亞纖絲(subfibril)直徑分別為700和170 nm。Marga 等(2005)通過實驗證明細胞壁的伸長導致微纖絲的分離, 符合多網絡生長假說(multi-netgrowth hypothesis)。