低場核磁技術(shù)如何監(jiān)測活體植物生長過程中體內(nèi)的水分狀態(tài)及遷移

低場核磁共振技術(shù)可以快速、無損測定植物體內(nèi)水的狀態(tài)及變化，T1和T2弛豫時(shí)間反映了水分子的運(yùn)動(dòng)，被用作生物組織中水動(dòng)態(tài)的指標(biāo)。由于細(xì)胞相關(guān)水的狀態(tài)和流動(dòng)性與細(xì)胞狀況密切相關(guān)，因此 NMR 圖像代表了組織的生理圖譜，可用于研究細(xì)胞代謝的水動(dòng)力學(xué)。

核磁共振T2弛豫譜給出T2弛豫時(shí)間及其對(duì)應(yīng)的幅度，其中T2弛豫時(shí)間反映了水分子的動(dòng)力學(xué)特性，與水分所在微區(qū)大小和結(jié)構(gòu)、水溶性糖含量以及生物膜透水率等因素有關(guān)，幅度對(duì)應(yīng)于含水率。

小麥核磁共振特性與相對(duì)含水率關(guān)系研究

活體植株磁共振成像分析系統(tǒng)

1. 溫濕度控制箱 2.射頻探頭 3.外參管 4.風(fēng)管 5.燈箱6.永磁體 7.軛鐵 8.磁體保溫箱 9.小麥植株 10.升降臺(tái)

   
   

活體植株磁共振成像分析系統(tǒng)為在線活體植株測試系統(tǒng)。為保證植株在活體檢測時(shí)的氣候環(huán)境控制，在磁體箱外構(gòu)建了人工氣候室。即選用鋁合金為承重框架，箱體側(cè)面采用有機(jī)玻璃，燈箱置于箱體兩側(cè)。人工氣候箱的溫濕度控制系統(tǒng)為一獨(dú)立箱體，箱體內(nèi)包括受溫濕度控制器控制的空調(diào)、加濕器和風(fēng)機(jī)，并通過風(fēng)管與人工氣候箱相連。

低場核磁共振T2弛豫譜幅度與1H含量呈正比，被用于解析水分、油脂以及淀粉含量。理論上，水分子和生物大分子的1H均會(huì)產(chǎn)生核磁共振信號(hào)，但它們的弛豫特性有較大差異。生物大分子的1H受化學(xué)集團(tuán)束縛其T2弛豫時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水分子1H，比如脂類分子的1H的T2弛豫時(shí)間約為200～400ms，而純水的T2弛豫時(shí)間約為2s。另外，水分的T2弛豫特性受界面效應(yīng)影響，植物細(xì)胞中央液泡水的T2弛豫時(shí)間較之細(xì)胞質(zhì)水以及細(xì)胞壁水更長。植物組織的結(jié)構(gòu)和成分復(fù)雜，其T2弛豫譜通常為多組分。但不同器官中各種成分的T2弛豫譜區(qū)分度差異明顯，比如油料種子含油率的T2弛豫譜分析要求樣品含水率低于15%。核磁共振T2弛豫譜可有效探測植物根、莖、葉、種子及果實(shí)的水分含量、水分狀態(tài)和水分遷移過程。

參考資料：

1.小麥葉片衰老態(tài)勢核磁共振分析，農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)；

2. 基于核磁共振技術(shù)檢測小麥植株水分分布和變化規(guī)律，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)；