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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
发布时间:2022-03-24   点击次数:476次

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。


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

小麦核磁共振特性与相对含水率关系研究



活体植株磁共振成像分析系统

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

  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;

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