研究提高了对大豆根瘤结构的理解，提高了固氮效率

一个研究团队使用基于同步加速器的X射线微计算机断层扫描（SR-μCT）无创地获得新鲜大豆根瘤的高质量3D图像，量化中央感染区（CIZ）和维管束（VBs）的体积

该研究进一步采用同步加速器X射线荧光成像来观察铁和锌在这些组织中的分布。这一开创性的方法增强了我们对根瘤在固氮中的功能的理解，在大豆品种育种中有潜在的应用，以提高固氮效率和根瘤活性

氮（N）对植物生长至关重要，因为它形成了重要的生物分子。现代农业依赖于合成氮肥，这种化肥能源密集，对环境有害。豆类-根瘤菌共生提供了一种可持续的替代方案，有效地将N2固定在根瘤中。然而，结节组织在固氮中的功能意义尚不清楚

2024年5月29日发表在《植物表型》杂志上的一项研究旨在利用先进的成像技术来可视化和评估大豆根瘤的功能结构，增强我们对固氮效率的理解

本研究利用同步辐射显微计算机断层扫描（SR-μCT）和X射线荧光（SR-XRF）成像对新鲜大豆根瘤的内部结构进行非侵入性可视化，重点关注中心感染区（CIZ）和维管束（VBs）。SR-μCT提供了高质量、高对比度的图像，无需大量的样本准备，Biomedisa的算法可以快速分割结节组织

SR-XRF成像显示，在三种大豆基因型中，铁在CIZ内和锌在VBs内的不同定位与固氮效率相关。尽管存在每个基因型分析单个结节等局限性，但这种创新方法证明了SR-μCT和SR-XRF在快速、高分辨率表型方面的潜力，为结节结构与功能的关系提供了有价值的见解

这项研究强调了这些技术在促进对植物内部微观结构的理解方面的实用性，表明同步加速器成像是该领域未来研究的有力工具

根据该研究的高级研究员Leon Kochian的说法，“所提出的方法能够在育种中利用根瘤的解剖特征作为新性状，旨在通过提高根瘤活性来增强固氮能力。”

总之，本研究强调了大豆根瘤中CIZ和VBs对固氮的功能重要性。使用基于同步加速器的X射线微计算机断层扫描（SR-μCT），实现了这些组织的高质量、非侵入性三维可视化和体积量化。同步X射线荧光成像进一步揭示了铁和锌在结节内的特定定位，展示了它们的作用

未来的研究可以利用深度神经网络进行自动分割，并利用同步加速器X射线荧光断层扫描进行详细的3D绘图，从而有可能通过先进的大豆育种策略提高固氮效率 More information: Alireza Nakhforoosh et al, Visualization and quantitative evaluation of functional structures of soybean root nodules via synchrotron X-ray imaging, Plant Phenomics (2024). DOI: 10.34133/plantphenomics.0203