利用低场核磁共振分析水稻种子浸泡过程中的水分变化

为研究水稻种子在浸泡过程中的水分变化情况,应用核磁共振无损、非侵入的技术优势,根据弛豫时间呈现的多组份特征,通过弛豫谱分析水稻种子不同相态水分的变化和流动过程,确定弛豫谱峰值总面积与水稻种子吸水率的回归方程,研究了水稻品种(沈农9816号、沈农9903号)及浸种温度(18、24、32℃)对水稻种子吸水量的影响。试验结果表明:通过弛豫谱峰值总面积可以合理估测水稻种子的吸水率;水稻种子在6h浸种过程中,随着浸泡时间的增加结合水及总水含量变化趋势为不断上升,自由水则呈现不规则的反复变化态势;水稻种子吸水量在2个水稻品种间差异不明显,对浸种温度高度敏感。该试验提出了一种无损的水分检测方法,能够更加直接准确的揭示水稻种子在浸泡过程中的水分变化规律,为探求种子的最佳浸泡条件提供数据支持和理论依据。     

盐胁迫下玉米种子萌发过程低场核磁共振研究

为探究盐胁迫对玉米种子萌发过程中水分的分布和种子活性的影响，以非糯性玉米郑单958种子为检测对象，对不同NaCl浓度（0 nmol/L，50 nmol/L，100 nmol/L，150 nmol/L，200 nmol/L）环境下试验样本进行低场核磁共振成像以及核磁共振波谱试验。结果表明：玉米萌发过程中，胚乳和胚部位的含水率均在0～2 d迅速增加，2 d之后胚乳水分波动增长，而胚部位水分则出现水平波动的现象。随着盐胁迫程度上升，种子发芽率从90%降至0，盐浓度在50 nmol/L及以下时，不同相态水信号幅值变化趋势受盐胁迫影响较小，达到100 nmol/L时自由水信号幅值被抑制在低水平，达到150 nmol/L时结合水和半结合水信号幅值的变化速率均被大幅延缓。T2弛豫谱图中结合水主峰左侧出现信号微弱，弛豫时间为0.1 ms～1 ms的副峰，副峰的出现和玉米种子发芽密切关联，是一种标志着种子发芽的结合水。试验为玉米种子萌发过程对盐碱胁迫的反应机制后续研究提供理论支持和数据参考。     

用低场核磁共振检测水稻浸种过程中种子水分的相态及分布特征

为研究水稻浸种过程中种子的水分相态及其分布特征,利用低场核磁共振快速、无损、准确的检测技术,通过硬脉冲回波序列CPMG(carr-purcell-meiboom-gill sequence)测量水稻种子横向弛豫时间T2,根据横向弛豫时间T2的差异区分种子内部的水分相态及其变化规律。试验结果表明:通过T2反演谱横向弛豫时间T2长短的差异,发现水稻浸种过程中种子内部水分存在结合水、自由水2种水分状态,同时可区分出内层水、中层水、外层水3种水分分层;二者均能通过回归方程合理的估测水稻在浸种过程中种子的吸水率情况;通过T2反演谱信号幅值大小的差异,发现水稻浸种过程中的种子总水含量不断上升,但由于判定依据及划分方式的不同,二者在水分的流动方式上略显差异。低场核磁共振技术对水稻浸种过程中种子内部的水分变化进行了直观的揭示,提供了一种高效的种子水分检测方法。     

论水稻育秧技术

一、水稻种子的萌发及幼苗生长 1．萌发的条件。种子的萌发,取决于种子的生活力以及合适的外界条件。有发芽能力的种子,当水分、温度和氧气条件都满足时便可发芽。一般当种子吸水量达到干种子本身重的25％时,就开始萌发,但慢而不整齐;吸收水分达到本身重40％时,达到饱和吸水量,最适于萌发。     

不同引发剂处理对水分胁迫下小麦发芽及幼苗生理特性的影响

为了解不同引发处理对水分胁迫下小麦萌发特性的生理机制差异,以半冬性小麦品种周麦18为试验材料,分别用H2O、0.25μM茉莉酸甲酯(Me JA)、20%聚乙二醇(PEG)、0.25μM Me JA+20%PEG引发处理6、12、18、24 h,然后在浓度为15%的PEG溶液中进行发芽试验,并测定幼苗生理指标。结果表明,4种引发剂处理均能显著提高小麦种子在水分胁迫下的发芽特性,促进幼苗生长,其中H2O和Me JA均在引发处理12 h效果最好,而PEG和Me JA+PEG均在引发处理18 h效果最好。在最佳引发时间条件下,4种引发处理均能显著降低小麦幼苗丙二醛(MDA)含量,加速小麦种子内部碳水化合物代谢,提高渗透调节物质含量;同时,显著提高酶促抗氧化系统的活性,有利于水分胁迫下小麦的生长。因此,适当的引发处理能增强水分胁迫下小麦种子的萌发能力,维持膜系统的稳定性,增强渗透调节能力和抗氧化能力,保证生物量的积累。本研究结果为旱地小麦栽培提供了理论依据。     

利用低场核磁共振及其成像技术分析水稻浸种过程水分传递

为研究水稻种子浸种过程中内部水分流动情况,可视化内部水分传递过程,利用低场核磁共振及其成像技术,监测沈农9816号、七山占及秀子糯3个品种水稻种子48 h浸种过程。每6 h时间间隔利用自旋回波（spin echo,SE）脉冲序列获取样品的质子密度加权像,利用硬脉冲自旋回波（carr-purcell-meiboomgill sequence,CPMG）序列获取样品的横向弛豫时间T2反演谱,从而分析浸种过程对水稻种子内部水分分布的影响。试验结果表明：核磁共振是一种有效的水分检测技术,可以实现浸种过程中种子内部水分的快速、准确、无损的检测。利用水稻种子的质子密度加权像,能够直观检测到种子内部水分分布情况,动态的监测到种子内部水分流动过程,分析发现水分最初是从胚进入种子内部,继而通过种皮的渗透,最后到达胚乳部分。根据T2反演谱信号幅值计算得到的水稻种子吸水率,发现3个品种在相同浸种时间的各个监测点均反映出秀子糯吸水率最高,沈农9816号吸水率最低,试验结果验证了支链淀粉的吸水性优于直链淀粉。研究结果可以为水稻种子浸种过程中水分传递的理论模型构建提供数据支持。     

菜用豌豆品种资源萌发期耐旱性鉴定

为研究菜用豌豆种子萌发期的耐旱性,本试验以31份菜用豌豆品种资源为试验材料,通过2.5%PEG溶液模拟干旱胁迫处理萌发期豌豆种子,统计种子发芽势和发芽率,测定鲜重、干重、根长、芽长等指标,并采用相关性分析、主成分分析、聚类分析、灰色关联度分析及逐步回归分析等方法相结合,对31份菜用豌豆品种资源进行萌发期耐旱性鉴定及耐旱指标筛选。结果表明,2.5% PEG-6000模拟干旱胁迫对菜用豌豆种质资源萌发期各测定指标均有极显著影响;根据综合抗旱系数值(CDC值)、耐旱性度量值(D值)、加权关联度(WDC值)大小对供试种质进行排序,其中耐旱性最强的4个品种依次为16110、16055、16140、16107;耐旱性最弱的3个品种依次为16106、16175、16177。通过聚类分析,在欧氏距离D²=8.5处将31份豌豆品种资源划分为4种类型:第Ⅰ类包括16054、16142等20个品种;第Ⅱ类包括16140、16079和16055 3个品种;第Ⅲ类包括16175、16104等6个品种;第Ⅳ类包括16110和16107 2个品种。逐步回归分析表明,与D值密切相关的指标为发芽指数、活力指数、发芽势、根长,这些可作为豌豆种质资源萌发期耐旱性鉴定综合选择指标。本试验结果为进一步研究菜用豌豆萌发期耐旱性机理及干旱调控缓解机制提供了理论参考,也为菜用豌豆耐旱品种选育及其推广应用奠定了基础。     

聚乙二醇和低温胁迫对红豆草种子萌发影响的研究

在植物生长箱通过种子萌发试验,从种子发芽进程、发芽率和吸水量等方面研究了水分和低温胁迫对红豆草种子萌发的影响。用10％,15％,20％,25％,30％的聚乙二醇（PEG）溶液和5℃左右低温预处理红豆草种子,结果表明,不同浓度的聚乙二醇和5℃左右低温预处理可以缩短种子的平均发芽时间,提高发芽率;比较发现,聚乙二醇浓度30％和低温处理时间4d时可促进红豆草种子的萌发。     

用核磁共振研究浸种方法对水稻种子吸水量的影响

为寻求较佳浸种方法,该文应用低场核磁共振检测技术,研究了不同的浸种方式及浸种溶剂对水稻种子吸水量的影响。试验利用横向弛豫时间 T2反演谱分析了水稻种子的水分状态变化及吸水特性,发现浸种过程改变了水稻种子内部的水分分布情况,水稻种子吸水量对初始含水率差异不显著(P>0.05),但对各种浸种方法差异显著(P<0.05)。研究表明,采用连续浸种4 h、浸种3 h-晾干1 h-浸种1 h、浸种2 h-晾干1 h-浸种2 h及浸种2 h-晾干2 h-浸种2 h这4种不同的浸种方式时,浸种2 h-晾干1 h-浸种2 h的间歇浸种方式吸水率较高;采用清水、强氯精300倍液、饱和澄清石灰水、质量分数为40%福尔马林的50倍液、100倍液及200倍液6种不同的浸种溶液时,应用质量分数为40%福尔马林50倍液药剂时吸水率较高。低场核磁共振检测技术揭示了水稻种子含水量的影响因素,为浸种过程中吸水量的测定提供了一种有效的方法。     

基于核磁共振技术检测小麦植株水分分布和变化规律

为研究活体冬小麦植株水分的分布状况和连续变化过程,该研究利用核磁共振无损、非侵入的技术优势,分析了小麦各器官T2弛豫谱特征及其反映的代谢特性,分别推求出小麦叶片、茎秆和穗的信号幅值与被检测器官纯水含量以及鲜质量的回归函数关系,在此基础上建立了测量活体冬小麦植株各器官湿基含水率的检测方法。对活体植株各器官湿基含水率核磁共振检测方法的可靠性验证表明,由核磁共振法和烘干法测定的小麦叶片、茎秆和穗的湿基含水率均方根误差分别为：5.3%、3.5%、3.3%。然后将该检测方法用于监测同一株冬小麦各器官湿基含水率的长期变化和日变化过程,结果显示,乳熟期至成熟期,小麦各个器官的湿基含水率均逐渐减小,而叶片湿基含水率的日变化则呈现先减小后增大的趋势。乳熟期叶片的湿基含水率由8:00逐渐减少,且在14:00－16:00达到最低值后开始恢复,于20:00恢复至当日初始水平。成熟期叶片湿基含水率由8:00逐渐减少,但在20:00不能恢复至日内的初始水平。由于这套基于核磁共振技术的小麦湿基含水率检测方法能够对同一植株进行活体无损连续监测,因此该研究的结果能够更直接更准确地揭示冬小麦植株体内水分的连续变化规律和植株衰老过程,从而为研究冬小麦健康生长耗水规律和制定合理的灌溉制度提供理论基础。     

DCPTA对干旱胁迫下玉米种子萌发影响的无损检测

为探究2-(3,4-二氯苯氧基)乙基二乙胺(2-(3,4-dichlorophenoxy) ethyl triethylamine,DCPTA)在干旱胁迫下对玉米种子萌发的影响,使用聚乙二醇(polyethylene glycol-6 000,PEG-6 000)和浓度为0.5、1.0、1.5 mg/L的DCPTA混合溶液对玉米种子进行浸泡处理,采用种子标准发芽试验总结得出不同浓度的DCPTA对玉米种子发芽情况影响的规律,再结合低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)及核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术,通过研究其内部水分变化情况、水分迁移规律及水分分布特征解释造成该结果的原因。试验结果表明:一定浓度的DCPTA可以提高玉米种子萌发过程中的耐旱性能,加快种子内部水分的存储速率,提供种子萌发所需的水分条件,减轻干旱胁迫对玉米种子造成的损害。DCPTA对玉米种子干旱胁迫的缓解效果随着其浓度的升高呈现先上升后下降的趋势,以1.0 mg/L的DCPTA处理效果最显著(P<0.05)...     

银杏种子萌发过程低场核磁T2反演谱解译初探

随着科学技术的发展，低场核磁共振（Low Field Nuclear Magnetic Resonance, LF-NMR）横向弛豫时间（Transverse Relaxation Time, T2）反演谱检测技术越来越多的被应用于农业，但当前对T2反演谱的解译尚停留在水分相态分布层面。为探索从物质成分角度对种子T2反演谱进行解译的新方法，该研究以银杏种子为对象，利用低场核磁共振技术检测并对比银杏鲜种、种子粉末及其主要成分试样的T2反演谱，分析各信号峰的形成机理，并以此为依据对其在种子萌发过程中的变化进行解译。研究结果表明：淀粉与蛋白质混合试样T2反演谱的峰T21、T22、T23以及淀粉与油脂混合试样的峰T24在峰顶时间上和种子粉末试样相对应信号峰完全一致；在物质成分及配比完全相同的情况下，种子粉末试样T2反演谱的峰T21～T24的峰顶时间较鲜种分别相差12.98%、32.21%、13.02%、0%，T21、T22峰比例较鲜种分别偏少41.72%、29.33%，T23峰比例偏多92.26%，T24峰比例偏少91.71%，说明种子组织结构会对其内部水分的弛豫时间和相态分布比例造成一定影响。仅从物质成分角度考虑，种子内水分的弛豫时间主要在淀粉、蛋白质的影响下表现为T21、T22、T23，在淀粉和油脂的影响下表现为T24。由此认为峰T21、T22主要为吸附在淀粉和蛋白质上相态不同的结合水的信号，峰T23为主要被淀粉和蛋白质束缚后产生的半结合水的信号，峰T24主要为种子中自由水的信号（少量源自油脂）。此外，种子即将裂壳时将形成T2a（峰顶时间在10 ms左右）、T2b（峰顶时间＞1 000 ms）2个新信号峰，可作为预示种子萌发状态即将发生重要变化的"预兆峰"。提出的从化学组分及核磁检测原理角度对银杏种子萌发过程T2反演谱进行解译的新途径，可为基于LF-NMR方法对种子萌发过程中化学组分变化进行活体分析提供参考。     

苦豆子和披针叶黄华种子萌发和幼苗生长对干旱胁迫的响应

以采集于河西走廊中部荒漠边缘的苦豆子(Sophora alopecuroides L.)和披针叶黄华(Thermopsis lanceolate L.)种子为试验材料, 以不同渗透势PEG-6000 溶液模拟干旱条件, 研究了2 种植物种子萌发和幼苗生长对干旱胁迫的响应特征。研究结果显示, 随着干旱胁迫程度的加剧, 2 种植物种子吸胀速率、萌发率、萌发指数、活力指数、苗高、根长和组织饱和含水量等指标均表现出明显降低趋势, 而幼苗干重、根干重和根冠比均呈先升后降趋势。2 种植物种子萌发对干旱胁迫均较为敏感, 苦豆子和披针叶黄华种子能够萌发的最低渗透势阈值分别为-0.65 MPa 和-0.42 MPa。2 种植物因干旱胁迫未能萌发的种子复水后萌发率均较高。分析认为, 2 种植物种子萌发和幼苗生长对干旱胁迫的响应特征对幼苗的成功定植和种群的自然更新具有重要生态学意义, 但在人工栽培时保证土壤墒情应是保障建植成功的关键措施。     

聚乙二醇（PEG6000）模拟干旱胁迫抑制矮沙冬青种子的萌发

本研究以新疆特有濒危保护植物矮沙冬青（Ammmopiptanthus nanus（M．Pop．）Chengf）的种子为材料,用不同渗透势浓度的聚乙二醇（PEG6000）模拟干旱胁迫,探讨干旱胁迫对矮沙冬青种子发芽率、平均发芽速度、胚轴和胚根长度及发芽指数、活力指数的影响。结果表明,不同浓度PEG胁迫处理均降低了种子的发芽率,延缓了矮沙冬青种了萌发进程;种子的发芽率、发芽指数和活力指数均随胁迫强度的增加呈明显下降趋势。当-1．20MPa的PEG胁迫处理的种子在试验结束时仍未能萌发,表明-1．20MPa是矮沙冬青种子萌发的临界水势。PEG模拟十旱胁迫中,当PEG处理为-0．2MPa时,虽然最终发芽率与对照一样,但其胚根、胚轴的长度都比对照短,说明矮沙冬青胚根、胚轴的生长比发芽率对干旱胁迫更敏感。干旱胁迫可能是导致矮沙冬青种群天然更新能力弱的原因之一。本研究将为矮沙冬青种质资源的保护和种群的恢复提供科学依据。     

沙蒿种子萌发对NaCl及聚乙二醇胁迫的响应

[目的]研究在盐分以及干旱胁迫条件下沙蒿种子的萌发能力,为沙蒿的人工培育和栽种提供参考依据。[方法]以沙蒿种子为试验材料,使用不同浓度的NaCl溶液(0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%,1.2%,1.4%,1.6%,1.8%)和聚乙二醇(PEG)溶液(5%,10%,15%,20%,25%)模拟盐分以及干旱对种子的胁迫条件,测定种子萌发初期的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数。[结果]当NaCl浓度≤0.6%时,上述指标与对照组相比未发生显著变化;但当溶液浓度高于这一范围时,各项指标则随浓度升高而显著降低;说明NaCl溶液浓度为0.6%是种子正常萌发的适宜浓度界限。当PEG浓度≤15%时,沙蒿种子的上述指标与对照组相比未发生显著变化;但当PEG浓度高于15%时,种子各项指标与对照组相比则显著降低;说明PEG浓度为15%是种子正常萌发的适宜浓度界限。[结论]沙蒿种子对轻、中度的盐分及干旱胁迫表现出耐受性,在含盐量较低的土壤以及轻、中度的干旱环境中仍可正常萌发。     

干旱胁迫对窄叶鲜卑花种子萌发及幼苗生长的影响

[目的]研究干旱胁迫对窄叶鲜卑花种子萌发及幼苗生长的影响,为野生种驯化和种群恢复提供参考。[方法]以窄叶鲜卑花种子为实验材料,采用不同浓度聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫环境,研究干旱协迫强度对窄叶鲜卑花种子的吸胀速率、发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和种子抗旱萌发指数及幼苗生长情况的影响。[结果]随着干旱胁迫程度的加剧,窄叶鲜卑花种子的吸水过程表现出急速吸水期、缓慢上升期和吸水平稳期3个阶段;其发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和种子抗旱萌发指数及苗高、根长,苗重与胁迫强度均呈负相关;当PEG浓度达30%时,种子萌发完全被抑制。另一方面,种子群体萌动、萌发和出苗达50%所需时间随胁迫强度的增加而越发延迟,且各阶段对环境临界水势要求不同,出苗阶段最为严格,表明种子出苗过程对环境水分胁迫较为敏感,耐旱能力较弱。[结论]干旱胁迫显著抑制了窄叶鲜卑花种子的萌发和幼苗生长,也说明水分是窄叶鲜卑花种子萌发和幼苗形成的主导因素之一,在较干旱地区种植需要考虑水分的供给。