低場(chǎng)核磁共振T1/T2弛豫時(shí)間與成像技術(shù)在耐寒性植物中的研究

低溫會(huì )影響到細胞正常的生理功能,甚至造成細胞的破裂死亡,影響植物的生長(cháng)發(fā)育或導致植物死亡。這些均與植物的水分狀態(tài)密切相關(guān)。為什么很多耐寒性植物能在低溫下長(cháng)期正常生存?它們內部水分到底是何種狀態(tài)?

溫帶多年生草本植物中,越冬能力主要取決于根部而非頂部的非結構性碳水化合物的濃度。相反,熱應激也是夏季限制牧草生長(cháng)的主要因素。

植物體內的水分有自由水和結合水兩種。所謂"結合水",僅僅看其化學(xué)組成,和自由水沒(méi)有太大的區別,只是自由水的分子排列順序相對凌亂,可以到處流動(dòng),而結合水的分子卻在植物組織周?chē)帕械檬终R,和植物組織親密地"結合"在一起。

結合水的性質(zhì)和自由水的區別很大,比如自由水在攝氏零度就開(kāi)始結冰,但結合水卻比普通水的結冰溫度低得多。寒冷的冬天,植物體內減少的只是自由水,而結合水的量卻保持不變,這樣結合水所占的比例反而提高了。由于結合水的結冰溫度要比攝氏零度低得多,因此耐寒植物當然就可以在嚴冬中傲視冰霜了。

低場(chǎng)核磁共振可以無(wú)損測定水的狀態(tài)變化,T1弛豫時(shí)間和T2弛豫時(shí)間反映了水分子的運動(dòng)而被用作生物組織中水動(dòng)態(tài)的指標。由于細胞相關(guān)水的流動(dòng)性和特性與細胞狀況密切相關(guān),因此核磁共振成像代表了組織的生理圖譜,可用于研究細胞代謝的水動(dòng)力學(xué)。

結論：

(1) T2弛豫時(shí)間圖表明,水的狀態(tài)反映了葉和根的耐寒性和耐熱性;

(2)根葉的水分含量和水分受限程度與T2弛豫時(shí)間相關(guān);

(3)通過(guò)測定T2弛豫時(shí)間可以說(shuō)明葉子在-20℃、根在-10℃具有過(guò)冷能力;

(4)葉片中水更低的流動(dòng)性可能在對溫度脅迫的響應中發(fā)揮重要作用。

(5)核磁共振成像可以反映出不同組織的凍結情況。