小麦灌浆过程籽粒水分变化的核磁共振检测

花期至成熟期是小麦产量形成的关键时期,在这一时期麦穗的水分状态随着干物质的积累而呈现出独特的变化特征。为了揭示活体冬小麦灌浆过程的水分变化规律,利用核磁共振技术的无损检测特性,结合核磁共振质子密度加权成像和核磁共振T2弛豫谱分析,对小麦麦穗进行了连续活体检测。核磁共振质子密度加权成像结果表明,灌浆前期籽粒的水分不断增加,至花后15 d籽粒的水分含量达到最大值,此后小麦籽粒的水分逐渐减少。在此过程中,灌浆物质在籽粒中积累的顺序是由外向内、自上而下的。经核磁共振T2弛豫谱分析,麦穗中的水分可分为结合水、半结合水和自由水三种相态。从籽粒形成至完熟期麦穗不同相态的水分都表现为先增大后减小的特点,但涨落步调不尽相同,其中结合水含量的增长期最长,至蜡熟期结束时(花后33 d)才达到最大值。籽粒形成后麦穗总水分含量维持在较高水平,即使在籽粒干质量快增期(花后15 d至花后27 d),籽粒中干物质的迅速积累也并未导致水分含量的明显减小,单穗的总水分含量与最大水分含量相比仅仅减少了十分之一。花后30 d之后,随着颖片及穗轴逐渐变黄衰老和籽粒的脱水成熟,麦穗水分含量才急剧减小。小麦灌浆中期麦穗维持较高水分含量,说明水分在同化物积累过程中的重要作用。除了灌浆中期较高的水分含量,蜡熟期的快速脱水亦有利于营养物质的贮存并减少呼吸消耗,对于小麦产量的形成和稳定亦具有重要意义。     

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。     

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。     

利用低场核磁共振分析蓝莓贮藏过程中水分含量及迁移变化

为了探究蓝莓在不同贮藏温度下,其内部水分含量及迁移状况随贮藏时间的变化规律,利用低场核磁共振（Low Field Nuclear Magnetic Resonance,LF-NMR）及其成像技术（Magnetic Resonance Imaging,MRI）采集0、8、23 ℃贮藏0、3、6、9、12 d的蓝莓波谱信息以及质子密度图像信息,并分析其规律变化。试验结果表明：采后蓝莓内部水分极易受到贮藏温度与贮藏时间的影响;同时,弛豫谱峰面积和弛豫时间可以有效判定蓝莓贮藏过程中水分含量及迁移变化。随着贮藏时间的延长,其液泡水含量A23与总水分含量A2呈现出整体显著下降（P<0.05）的趋势;在蓝莓贮藏至12 d过程中,弛豫时间随贮藏时间的延长而不断右移,细胞壁水含量A21变化不明显,细胞质水含量A22呈现小幅增加趋势;但23 ℃贮藏至9 d后,蓝莓发生腐烂,细胞壁水和细胞质水迅速增加,贮藏至12 d时液泡水急剧减少,转化为细胞质水和细胞壁水,试验发现23 ℃贮藏的蓝莓货架期为1周左右;与前者相比,蓝莓低温贮藏至12 d时,液泡水含量仍占总水分含量的89%以上,说明蓝莓在低温贮藏下,其内部水分迁移缓慢、流失量较少,其贮藏时间更长、保鲜效果更佳。研究结果为蓝莓在不同温度下贮藏保鲜提供了理论支撑和数据参考。     

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。     

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。     

用低场核磁分析胡萝卜切片干燥过程的内部水分变化

为研究胡萝卜切片在干燥过程中内部水分变化的特征,采用电热恒温干燥箱在40、50、60、70和80℃的条件下对胡萝卜切片进行热风干燥试验,应用低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)的横向弛豫时间(T2)反演谱分析胡萝卜切片在干燥过程中内部水分的变化。试验结果表明:干燥过程改变了胡萝卜样品中水的结合状态,自由度高的水分向自由度低的迁移;随着干燥温度升高,干燥速率加快,但温度为80℃时,由于物料表面结壳阻碍了水分的外迁从而影响干燥速率。试验数据为果疏变温联合干燥工艺和干燥转换点的确定提供参考。     

玉米种子萌发过程内部水分流动规律的低场核磁共振检测

为研究玉米种子萌发过程中内部水分的流动规律,分析其内部生理代谢状态,该文利用低场核磁共振技术,连续60 h对3个品种玉米种子的吸胀、萌动和发芽3个阶段的萌发过程进行动态监测。分别在萌发时间为0、12、36和60 h这4个典型的萌发时刻,对处于25和31℃的2个恒温萌发环境中的玉米种子进行核磁共振横向弛豫时间信号采集,并通过反演运算得到其横向弛豫时间T_2反演谱。试验结果表明:通过横向弛豫时间可以将玉米种子内部水分划分为结合水(0.1T_210 ms)、半结合水(10T_2100 ms)及自由水(100T_21 000 ms)3种水分相态;随着萌发时间的延长,3个品种玉米种子在2个不同温度的萌发环境中,结合水均呈现先迅速增加后逐渐降低的趋势,自由水均反映为先降低后不断增加的态势,而半结合水和总体水分含量则表现为持续增加的现象;外界温度对3种相态水分含量的影响不尽相同,但提高萌发温度可以明显促进玉米种子吸水,同时提高玉米种子的发芽率。本试验快速并直接揭示了玉米种子在萌发过程中的水分分布情况,可为玉米种子萌发过程的机理研究提供重要参考。     

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。     

利用低场核磁共振技术无损检测澳洲坚果含水率

为探究澳洲坚果（Macadamia ternifolia F. Muell.）干燥过程中水分的变化规律,测定其干燥过程中的含水率,利用低场核磁共振技术研究了干燥过程中澳洲坚果的水分态及其分布,建立含水率与低场核磁总信号幅度的关系。结果表明：温度越高,澳洲坚果的干燥速率越大,达到恒质量的时间越短,但是比较干燥后澳洲坚果的品质发现变温干燥方式（30 ℃ 2 d→38 ℃ 2 d→45 ℃至结束）相对较好;在干燥过程中,自由水、半结合水的含量逐渐降低,结合水的含量先下降后有所上升;干燥过程中澳洲坚果内水分分布不均匀,水分由内向外扩散;拟合得到澳洲坚果含水率与低场核磁总信号幅度的线性关系方程的决定系数R2为0.904,经检验该曲线预测性较好（平均相对误差为5.89%）,结果表明低场核磁共振技术可以用作澳洲坚果含水率的快速无损检测。     

低场核磁探测水稻田改蔬菜地土壤水分的相态变化

为了解水稻土转变为设施蔬菜地后土壤水分的相态变化,该研究在田间土壤调查的基础上,结合低场核磁测氢技术,评价了田间状态的水稻土和不同转化年限设施蔬菜地土壤水分的相态分布情况。结果表明:随着转化时间的延长,耕层土壤大孔隙吸持的自由水比重下降,土壤小孔隙吸持的束缚水比重上升,犁底层土壤水分的相态分布却无明显变化,土壤水分吸持性能在转化时间序列上呈现下降的趋势,但长期施用有机肥可以优化耕层质量,提升土壤大孔隙吸持自由水的能力,改善土壤水分供释性能;水稻土转化为设施蔬菜地土壤2 a后,出现新犁底层,使得原有的耕层土壤变薄,土壤水分吸持性能下降。核磁共振作为一种新的技术手段,可以实现实时、快速、准确地检测土壤水分的相态变化,可为设施农业的可持续管理提供新的技术支持。     

低场核磁共振分析聚乙二醇对萌发期水稻种子水分吸收的影响

为研究聚乙二醇(PEG,polyethylene glycol)处理下水稻种子萌发过程中内部水分分布和变化规律,进而揭示水稻耐旱性在水分吸收规律上的重要特征。应用低场核磁共振的T2弛豫谱和质子密度加权成像分析了PEG处理下水稻种子萌发过程中的水分变化,研究了利用蒸馏水(对照)和质量分数分别为10%、20%PEG6000处理对两个水稻品种旱9710、辽星1发芽指标的影响,以及对两个水稻品种萌发0、6、22、48、72 h吸水量的影响,确定单位质量核磁信号幅值与水稻种子湿基含水率的回归函数关系。发芽指标检测结果显示:旱9710耐旱性高于辽星1。质子密度加权成像结果显示:在水分吸收初期,水分子直接通过种子表面裂缝进入种子体内,胚乳中的淀粉粒等物质开始吸水膨胀,种子体积增大。24 h后,种子内营养物质向种胚流动。PEG处理下,水稻种子吸水量明显减少,发芽速度明显降低,且PEG质量分数越高,发芽速度越慢。基于核磁共振理论及T2弛豫谱的多组分特征,当反演频率为10 000时,水稻种子萌发过程中的水分分为束缚水与自由水两部分。T2弛豫谱结果表明:在蒸馏水和质量分数分别为10%、20%PEG处理下,种子湿基含水率和核磁信号幅值均逐渐增长。PEG处理下,核磁信号幅值增长相比对照处理显著降低(P0.05)。PEG处理抑制了两个水稻品种种子对水分的吸收,PEG质量分数越高,抑制作用越强。PEG处理24 h后,耐旱性强的水稻品种吸水率相比对照处理的降低幅度小于耐旱性弱的品种。回归分析表明,3种处理下,核磁信号幅值和湿基含水率具有一致的线性关系(R2=0.983),由回归方程可以求得水稻种子萌发过程中各状态水分的含量。试验为研究水稻种子萌发过程对干旱胁迫的反应机制,开发种子水分微观活体无损检测技术等方面的研究提供理论支持和数据参考。     

基于低场核磁和差示量热扫描的面条面团水分状态研究

为了解低水分面条面团中水分的存在状态,明确真空度及和面时间对水分状态的影响,该研究以3个小麦品种（济麦20、宁春4号、济麦22）磨制的面粉为材料,采用真空和面制作低水分面条面团（含水率35%）,采用低场核磁共振技术（LF-NMR,low-field nuclear magnetic resonance）和差示量热扫描（DSC,differential scanning calorimetry）2种技术,测定不同真空度（0、0.06、0.09 MPa）和搅拌时间（4、8、12 min）下面团中水分的形态和分布,并进一步分析2种技术测定水分形态结果的相关性。结果表明,在低水分面条面团中,水分主要以弱结合水形态存在。不同品种的小麦粉面团的水分形态及分布存在差异,强筋小麦粉（济麦20）制作面团的水分自由度较低。真空和面（0.06 MPa）可以促进水分与面筋蛋白的相互作用,降低面团中水分子流动性,促进水分结构化;而非真空或过高真空度均会导致面团中水分自由度增加。济麦20、济麦22小麦粉和面时间为8 min时,面团水分流动性较低;而宁春4号小麦粉面团在4 min时,水分自由度较低;继续搅拌,深层结合水减少、弱结合水增多。LF-NMR和DSC测得面团水分状态的结果具有一致性。LF-NMR测得的弱结合水峰面积百分比与DSC测得的可冻结水百分比具有相同的变化趋势（r=0.695）,且深层结合水峰面积百分比与非冻结水百分比具有相同的变化趋势（r=0.564）。研究结果为认识制面过程中水分的作用,优化和面工艺和调整产品特性提供参考。