在现代农业中，作物与固氮菌的共生关系对于氮肥的可持续替代发挥着重要作用。大豆作为典型的豆科作物，通过根瘤中的固氮细菌进行氮的生物固氮，这一过程极大地影响了作物的生长与产量。为了更好地理解大豆根瘤中不同组织在氮固定过程中的功能，科学家们不断寻求新的技术手段来可视化和量化根瘤内部的结构。

2024年7月，Plant Phenomics 在线发表了加拿大Global Institute for Food Security题为Visualization and Quantitative Evaluation of Functional Structures of Soybean Root Nodules via Synchrotron X-ray Imaging 的研究论文。这项研究利用同步加速器X射线显微断层成像（SR-μCT）技术，对新鲜大豆根瘤的内部结构进行了非侵入性的三维成像。

研究表明，根瘤中的中央感染区（CIZ）是固氮细菌集中的区域，负责氮气的转化，而维管束（VBs）则负责将水分、养分及固氮产物输送到植物体内。通过半自动分割算法，研究团队生成了大豆根瘤内部结构的三维模型，并对这些结构的体积进行了精确的定量分析。

图2 4周龄大豆植株（基因型PI209332）新鲜根瘤的同步辐射x射线显微断层图像。

图5 我们研究的3种不同N2固定的大豆基因型中，每个结节的中心感染区（CIZ，紫色）和结节脉管系统（蓝色）的重建结节内部组织的三维视图。

值得注意的是，研究还利用同步辐射X射线荧光成像（SR-XRF）技术，首次在2D平面上可视化了根瘤内铁和锌的分布，铁主要集中在中央感染区，而锌则主要分布在维管束中。这些元素的空间分布为理解根瘤的功能提供了新的视角，有望为未来的育种工作提供关键表型信息。

这项研究的成果不仅展示了同步加速器X射线成像技术在植物内部结构研究中的潜力，还为通过根瘤功能的增强来提高作物固氮能力提供了新思路。

论文链接：

https://doi.org/10.34133/plantphenomic‍s.0203

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