低场核磁技术如何监测活体植物生长过程中体内的水分状态及迁移

低场核磁共振技术可以快速、无损测定植物体内水的状态及变化，T₁ 和 T₂ 弛豫时间反映了水分子的运动，被用作生物组织中水动态的指标。由于细胞相关水的状态和流动性与细胞状况密切相关，因此 NMR 图像代表了组织的生理图谱，可用于研究细胞代谢的水动力学。

核磁共振 T₂ 弛豫谱给出 T₂ 弛豫时间及其对应的幅度，其中 T₂ 弛豫时间反映了水分子的动力学特性，与水分所在微区大小和结构、水溶性糖含量以及生物膜透水率等因素有关，幅度对应于含水率。

小麦核磁共振特性与相对含水率关系研究

1.温湿度控制箱 2.射频探头 3.外参管 4.风管 5.灯箱6.永磁体 7.轭铁 8.磁体保温箱 9.小麦植株 10.升降台

活体植株磁共振成像分析系统为在线活体植株测试系统。为保证植株在活体检测时的气候环境控制，在磁体箱外构建了人工气候室。即选用铝合金为承重框架，箱体侧面采用有机玻璃，灯箱置于箱体两侧。人工气候箱的温湿度控制系统为一独立箱体，箱体内包括受温湿度控制器控制的空调、加湿器和风机，并通过风管与人工气候箱相连。

低场核磁共振 T₂ 弛豫谱幅度与 ¹H 含量呈正比，被用于解析水分、油脂以及淀粉含量。理论上，水分子和生物大分子的 ¹H 均会产生核磁共振信号，但它们的弛豫特性有较大差异。生物大分子的1H受化学集团束缚其 T₂ 弛豫时间远远小于水分子 ¹H ，比如脂类分子的 ¹H 的 T₂ 弛豫时间约为200～400ms，而纯水的 T₂ 弛豫时间约为2s。另外，水分的 T₂ 弛豫特性受界面效应影响，植物细胞中央液泡水的 T₂ 弛豫时间较之细胞质水以及细胞壁水更长。植物组织的结构和成分复杂，其 T₂ 弛豫谱通常为多组分。但不同器官中各种成分的 T₂ 弛豫谱区分度差异明显，比如油料种子含油率的 T₂ 弛豫谱分析要求样品含水率低于15%。核磁共振 T₂ 弛豫谱可有效探测植物根、茎、叶、种子及果实的水分含量、水分状态和水分迁移过程。

参考资料：

1.小麦叶片衰老态势核磁共振分析，农业机械学报；

2.基于核磁共振技术检测小麦植株水分分布和变化规律，农业工程学报；