基于同步加速器的成像技术增强了对大豆根瘤结构的了解从而提高了固氮效率
研究团队利用同步加速器 X 射线微型计算机断层扫描 (SR-μCT) 非侵入式地获取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 (VB) 的体积。该研究进一步利用同步加速器 X 射线荧光成像来可视化这些组织中铁和锌的分布。这种开创性的方法增强了我们对根瘤在 N 2固定中功能的理解，并可能应用于培育大豆品种以提高固氮效率和增强根瘤活性。
氮 (N) 对植物生长至关重要，因为它能形成必需的生物分子。现代农业依赖合成氮肥，这种肥料耗能大，对环境有害。豆科植物-根瘤菌共生提供了一种可持续的替代方案，可以有效地将 N 2固定在根瘤中。然而，根瘤组织在固氮中的功能意义尚不清楚。
2024 年 5 月 29 日发表在《植物表型学》上的一项研究 (DOI：10.34133/plantphenomics.0203)旨在采用先进的成像技术来观察和评估大豆根瘤中的功能结构，从而增进我们对固氮效率的理解。
本研究利用同步辐射微型计算机断层扫描 (SR-μCT) 和 X 射线荧光 (SR-XRF) 成像技术，以非侵入方式可视化新鲜大豆根瘤的内部结构，重点关注中央感染区 (CIZ) 和维管束 (VB)。SR-μCT 无需大量样品制备即可提供高质量、高对比度的图像，而 Biomedisa 的算法可以快速分割根瘤组织。SR-XRF 成像揭示了三种大豆基因型中 CIZ 内铁和 VB 内锌的不同定位，这与固氮效率相关。尽管存在每个基因型只能分析一个根瘤等局限性，但这种创新方法展示了 SR-μCT 和 SR-XRF 在快速、高分辨率表型分析方面的潜力，为根瘤结构-功能关系提供了宝贵的见解。该研究强调了这些技术在促进对植物内部微结构的理解方面的实用性，表明同步加速器成像是未来该领域研究的有力工具。
该研究的首席研究员 Leon Kochian 表示：“所提出的方法可以利用根瘤的解剖特征作为育种的新性状，旨在通过提高根瘤活性来增强 N2 固定。”
总之，本研究强调了 CIZ 和 VB 在大豆根瘤中对固氮的功能重要性。使用基于同步加速器的 X 射线微型计算机断层扫描 (SR-μCT)，实现了这些组织的高质量、非侵入性 3D 可视化和体积量化。同步加速器 X 射线荧光成像进一步揭示了根瘤内铁和锌的具体定位，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，利用同步加速器 X 射线荧光断层扫描进行详细的 3D 映射，从而有可能通过先进的大豆育种策略提高固氮效率。
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