低場核磁技術如何監測活體植物生長過程中體內的水分狀態及遷移

低場核磁共振技術可以快速、無損測定植物體內水的狀態及變化，T1和T2弛豫時間反映了水分子的運動，被用作生物組織中水動態的指標。由于細胞相關水的狀態和流動性與細胞狀況密切相關，因此 NMR 圖像代表了組織的生理圖譜，可用于研究細胞代謝的水動力學。

核磁共振T2弛豫譜給出T2弛豫時間及其對應的幅度，其中T2弛豫時間反映了水分子的動力學特性，與水分所在微區大小和結構、水溶性糖含量以及生物膜透水率等因素有關，幅度對應于含水率。

小麥核磁共振特性與相對含水率關系研究

活體植株磁共振成像分析系統

1. 溫濕度控制箱 2.射頻探頭 3.外參管 4.風管 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

   
   

活體植株磁共振成像分析系統為在線活體植株測試系統。為保證植株在活體檢測時的氣候環境控制，在磁體箱外構建了人工氣候室。即選用鋁合金為承重框架，箱體側面采用有機玻璃，燈箱置于箱體兩側。人工氣候箱的溫濕度控制系統為一獨立箱體，箱體內包括受溫濕度控制器控制的空調、加濕器和風機，并通過風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均會產生核磁共振信號，但它們的弛豫特性有較大差異。生物大分子的1H受化學集團束縛其T2弛豫時間遠遠小于水分子1H，比如脂類分子的1H的T2弛豫時間約為200～400ms，而純水的T2弛豫時間約為2s。另外，水分的T2弛豫特性受界面效應影響，植物細胞中央液泡水的T2弛豫時間較之細胞質水以及細胞壁水更長。植物組織的結構和成分復雜，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、種子及果實的水分含量、水分狀態和水分遷移過程。

參考資料：

1.小麥葉片衰老態勢核磁共振分析，農業機械學報；

2. 基于核磁共振技術檢測小麥植株水分分布和變化規律，農業工程學報；