利用低场核磁共振技术检测刺槐种子吸水过程水分的变化

【目的】探究种子吸水萌发过程中水分相态的变化,为种子吸水、萌发研究提供一种新的研究手段。【方法】以初始温度85 ℃热水处理后的刺槐种子为材料,采用质量法确定种子的吸水曲线,低场核磁共振技术(L-NMR)采集刺槐种子吸水、萌发过程中横向弛豫时间(T₂)的信号,并反演得到T₂弛豫谱,分析此过程中种子体内水分相态及含量的变化。【结果】热水处理后刺槐种子的吸水率远远高于对照组,0~12 h为快速吸水阶段,之后吸水速度变缓,至36 h时吸水渐趋于平衡。核磁共振波谱图表明,刺槐种子水分质量(x)与核磁共振弛豫图谱峰面积(y)呈一元线性回归关系,其线性回归方程为:y = 21 132x + 698.05,R²=0.999 6。刺槐种子在吸水萌发过程中存在3种相态的水:束缚水(T₂₁,>0.1~1.0 ms)、不易流动水(T₂₂,>1~100 ms)、自由水(T₂₃,>100~1 000 ms)。吸水萌发过程中束缚水的峰顶点变化不显著,弛豫范围、峰面积总体呈先上升后下降的趋势,但峰比例总体呈下降趋势,吸水24 h后,比例维持在4%以下,胚根伸出时,束缚水消失。在吸水3~9 h过程中,不易流动水的峰显著向右偏移,随后峰顶点时间趋于稳定(9~96 h);胚根伸出时,峰再次显著向右偏移;弛豫时间范围基本呈不断增大的趋势,胚根伸出时又显著减小;其峰面积总体呈先迅速上升(3~12 h)后保持基本稳定的趋势,但比例略有下降。自由水峰顶点随时间呈先上升后下降的趋势,且在吸水72 h时达到最大值;峰面积及比例的最大值出现在胚根伸出时(3 h时峰面积最大值是最小值的4.16倍)。【结论】刺槐种子在吸水萌发过程中存在3种相态的水,其中不易流动水占比最大,各相态水的含量处于一个动态变化过程;随吸水时间的延长,种子内部营养物质开始分解转化,水分结合能力变弱,特别是胚根穿过种皮时,种子代谢活动旺盛,自由水含量大幅增加。     

基于干燥动力学结合LF-NMR分析的不同干燥过程中天麻切片水分变化

为探究天麻(Gastrodia elata Blume)切片干燥过程中水分迁移变化规律，并建立其量化表征方法，本研究采用低场核磁共振(Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR)技术分析热风干燥(Hot Air Drying，HAD)和微波干燥(Microwave Drying，MWD)过程中不同热风温度(60、70、80 ℃)和不同微波功率密度(2、3、4 W/g)条件下的天麻切片，结合干燥特性曲线建立基于LF-NMR 参数的天麻切片含水量预测模型。结果表明，MWD速率远大于HAD，在热风温度(60-80 ℃)和微波功率密度(2-4 W/g)范围内，高温、高功率密度有利于提高干燥速率，缩短干燥时间。Logarithmic模型可以准确描述天麻切片HAD和MWD过程中含水量的变化。经LF-NMR技术分析，在HAD 和MWD 过程中，天麻切片的横向弛豫时间曲线整体上呈现左移的趋势，各状态水的弛豫峰信号强度不断降低；干燥结束时天麻切片中的自由水完全被脱去，仅存少量的不易流动水和结合水。无论是HAD还是MWD，弛豫峰总面积A₂ 和天麻片的干基含水量相关性均在0.99以上。研究结果可为阐明天麻切片干燥机制和干燥工艺参数的优选提供参考。     

水合物低场核磁共振弛豫响应

水合物核磁共振表征对于海上水合物储层勘探以及地层描述具有重大意义。设计实验探究了溴化四丁基铵（TBAB）水溶液在分级降温与升温过程中的低场核磁共振弛豫响应特征。实验数据结果表明，变温过程中横向弛豫时间（T2）分布存在三个区间，即小峰区间（小于4 ms）、中峰区间（4~100 ms）和大峰区间（100~3 000 ms），核磁共振弛豫信号分别来源于水合物、TBAB分子和水中的氢原子核。测试样品的温度以及T2分布演化规律能够识别样品中所包含物质，即固态水合物、TBAB水溶液、水、冰。小峰信号由水合物提供，依此建立了水合物核磁共振信号（幅值和T2）与温度的关系，可以作为量化分析水合物含量的温度校准依据。     

基于核磁共振弛豫谱的变压器油老化检测研究

针对目前常规的变压器油绝缘热老化检测中过程繁杂等问题, 提出一种基于低场核磁共振弛豫时间谱的检测方法。根据油品中烃类化合物在高压放电环境中出现裂解、结构发生改变的原理, 设计变压器油热老化核磁共振横向弛豫谱检测系统。采用自旋回波序列采集油样时域信号回波峰值点, 描述弛豫时间谱反演算法。利用山西省电力公司长治变电站110 kV高压变压器提取的油样(挂网运行年限分别为1, 10和20年), 进行检测装置性能的验证及测试。结果表明, 在17.173 MHz条件下, 该检测方法可以在1分钟内完成一次油样的信号检测与弛豫谱反演, 3种油样的弛豫时间峰值分别为203.83, 145.82和141.95 ms。可以看出, 随着年限的增加, 弛豫时间呈下降的趋势, 表明高温能够导致油品中分子化学键断裂, 析出气体。     

低场核磁共振及成像技术分析天花粉干燥过程中水分变化规律

目的:研究天花粉样品干燥过程中水分含量状态、状态与分布变化规律,为天花粉合理加工提供依据.方法:采用低场核磁共振与成像技术(LF-NMR、MRI)研究天花粉样品在干制过程中氢质子(H)的横向弛豫时间(T_2)、MRI图像的变化.结果:鲜天花粉中水分含量为64.96%,主要为自由水(峰面积占比77.79%),其余为束缚水.在干燥过程中,T_2向左移动,水流动性降低,自由水含量不断降低,束缚水含量先减少后增加,随后再减少;干燥终点时,自由水含量先于束缚水趋近于零值,饮片外层水分先于内层干燥完毕,且干燥过程随干燥温度升高而加快. MRI图像可直观显示样品水分含量和分布区域由外向内的变化.结论:建立了中药水分低场核磁分析技术,为中药干燥终点判定与工艺条件优化提供了新的技术手段与示范.     

葡萄酒的低场核磁共振弛豫谱

 低场¹H-核磁共振弛豫可以有效地测量食品中水分、油脂和酒精等组分,葡萄酒中水O-H基和乙醇C-H基是产生共振弛豫谱的物理基础。采用CPMG方法和反转—恢复技术分别得到葡萄酒核磁共振横向弛豫和纵向弛豫曲线,并使用连续谱迭代方法与离散谱拟合分析获得核磁共振弛豫谱。通过添加去离子水或95%食用酒精配制不同酒精含量样品,由谱峰面积占比变化确定弛豫谱峰的归属。研究发现,T₂ 谱中弛豫时间较长的谱峰反映了酒精的含量,且其峰面积占比随酒精体积浓度变化呈线性递增关系。随机抽样的实验结果表明,¹H-核磁共振弛豫谱具有普适性,从而可建立基于T₂ 谱的葡萄酒酒精度测量技术。     

原油的变温核磁共振弛豫特性实验研究

随埋藏深度的不同,地下原油温度有很大的变化,造成其核磁共振（NMR）弛豫特性差别较大。利用2 MHz核磁共振谱分析仪器,对选取的不同粘度的脱气原油样品,测量了5种不同温度下原油样品的NMR弛豫时间。结果表明,随温度升高,同一油样的弛豫速度变缓,弛豫时间增大,弛豫时间谱有规律地右移,但横向弛豫时间T2和纵向弛豫时间T1随温度的变化速度有所不同。随粘度降低,不同油样弛豫时间谱有规律地向右移动,说明原油中长弛豫组分增多,而短弛豫组分减少,弛豫时间逐渐增大。低粘度原油的纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2近似相等,且在双对数坐标系下与粘度、粘度与温度比值呈反比关系;高粘度原油的T1和T2不同,其T1/T2值随粘度与温度比值的增加而增大。     

原油的变温核磁共振弛豫特性实验研究

随埋藏深度的不同,地下原油温度有很大的变化,造成其核磁共振(NMR)弛豫特性差别较大.利用2 MHz核磁共振谱分析仪器,对选取的不同粘度的脱气原油样品,测量了5种不同温度下原油样品的NMR弛豫时间.结果表明,随温度升高,同一油样的弛豫速度变缓,弛豫时间增大,弛豫时间谱有规律地右移,但横向弛豫时间T2和纵向弛豫时间T1随温度的变化速度有所不同.随粘度降低,不同油样弛豫时间谱有规律地向右移动,说明原油中长弛豫组分增多,而短弛豫组分减少,弛豫时间逐渐增大.低粘度原油的纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2近似相等,且在双对数坐标系下与粘度、粘度与温度比值呈反比关系;高粘度原油的T1和T2不同,其T1/T2值随粘度与温度比值的增加而增大.     

鲜花生的低场核磁共振横向弛豫分析

尽管低场1H-核磁共振(NMR)弛豫谱技术可以有效地获取油料作物种子中水和油脂等组分含量信息,但实现准确分析的关键前提是解决弛豫谱的标识问题。首先,通过记录鲜花生脱水过程质量随时间变化确定核磁共振测量步骤;随之,采用CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)方法获得花生核磁共振横向弛豫数据;最后,使用连续谱迭代方法得到花生核磁共振弛豫谱。由弛豫谱峰面积与花生质量变化关系,并借助纯花生油实验结果确认了样品脂肪的核磁共振横向弛豫谱。基于单位质量干燥花生和纯花生油两者的脂肪弛豫谱峰面积之比获得与索氏抽提法相吻合的含油率。     

基于核磁共振技术的岩石孔隙结构特征测定

为研究岩石的孔隙结构特征,采用核磁共振技术(NMR)对花岗岩进行测量,得到花岗岩的横向弛豫时间t2分布、NMR测量结果和核磁共振成像图像.研究结果表明:花岗岩的t2分布主要为3个峰,第1个峰和第2个峰的面积占峰总面积的98％以上;岩石组成颗粒粒度的不同,引起了岩石核磁共振弛豫特性的差异.花岗岩的平均孔隙度为1.79％,t'2平均值为26.1ms,束缚流体饱和度平均值占88.5％,核磁共振成像显示岩石的孔隙结构特征,为孔隙结构分析提供依据.岩石核磁共振特征的变化规律和成像结果为岩石微观结构和岩石损伤机理研究提供实验数据.     

完全淹水解除后‘中山杉407’生长及光合特性的恢复

【目的】明确‘中山杉407'(Taxodium ‘Zhongshanshan407')在完全淹水胁迫解除后的生长和光合特性,为三峡库区消落带等湿地生态系统恢复与构建中的植被选择提供依据。【方法】以‘中山杉407'2年生苗为试验材料,设置全淹(S)和对照(CK)2个处理,其中S处理的植株预先经过3个月的完全淹水胁迫。淹水胁迫解除后,使用LI-6400 XT气体交换系统和OS1p便携式调制荧光仪测定两处理植株的光合作用参数和叶绿素荧光参数,并于植株恢复生长10个月后,测定其生长指标。【结果】淹水阶段结束后,S组植株的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)显著高于对照(CK)组植株,而S组的水分利用效率(E_WUE)低于CK组。同时,‘中山杉407'维持一定的叶绿素荧光水平,S组和CK组的可变荧光(F_v)、PSⅡ潜在活性(F_v/F₀)、PSⅡ最大光量子产额(F_v/F_m)、实际量子产量(Ф_PSⅡ)和电子传递速率(V_ETR)均没有显著差异。经过10个月的恢复,S组‘中山杉407'的总干质量、地上部分生物量与CK组无显著差异。【结论】完全淹水胁迫解除后,‘中山杉407'能够通过合理调整生长和光合策略,表现出良好的适应性,是适宜于三峡库区消落带等淹水环境生态修复工程实践的优良树种。     

银杏种子脱水敏感性的研究

【目的】研究银杏种子脱水敏感性及相关的生理生化变化,为银杏种子贮藏、种质资源的保存及苗木生产提供理论依据。【方法】银杏种子于25 ℃、湿度(25±2)%条件下脱水67 d,种子含水量每下降5%左右时随机取样测定相关生理生化指标。【结果】当种子含水量降至45.1%时,发芽率并未有明显变化,然而,当种子含水量降至40.1%时,发芽率从开始的92%下降至50%;相关性分析表明种子含水量与发芽率之间存在极显著的正相关(r=0.910)。银杏种子脱水过程中,其相对电导率不断上升。此外,SOD活性变化与POD活性的变化基本相似,均呈现出先下降,后升高至最大值,再下降的趋势,只是其POD活性的上升比SOD早,说明POD的反应比SOD更为敏感。种子含水量与硫代巴比妥酸反应产物(TBARS)含量(r=-0.619)、相对电导率(r=-0.745)之间存在极显著的负相关关系。【结论】银杏种子对脱水高度敏感,表现出顽拗型种子特点。严重脱水降低了银杏种子抗氧化酶活性,并加剧了膜脂过氧化作用,导致种子活力下降乃至完全丧失。     

利用核磁共振测定木材润胀细胞壁的水分含量与孔径分布

【目的】利用核磁共振冻融分析技术测定杉木与杨木两种速生材细胞壁润胀状态吸着水含量与孔隙分布情况,为改性剂粒径选择与改性效果评价提供方法。【方法】常温下获得试样内水分T₂弛豫信号总量,通过核磁冻融分析系统对试样进行降温处理,检测不同冷冻温度条件试样内未冻结水分信号量; 依据Gibbs-Thomson效应确定凝固点降低与孔径的关系,并以此分析孔径分布。【结果】核磁冻融法测定杉木和杨木吸着水饱和含量约为38%,高于通过吸湿外推法估算数值,与溶剂排出法、多孔板法、离心法结果相近; 核磁冻融分析法避免了常温条件按照T₂弛豫分布确定吸着水含量偏小的现象; 两种速生材试样细胞壁润胀状态孔径小于1.59 nm的孔隙占比约为75%,大于4.56 nm的孔隙占比不超过6%,与溶剂排出法、光谱标记法结果相符。【结论】核磁共振冻融分析技术可较为便捷准确地获得木材吸着水含量与细胞壁孔隙分布,其结果可用于指导改性剂粒径的选择与改性效果评价。     

黄栌光合和呈色特性对重庆阴雨天气的响应

【目的】探讨重庆地区阳性植物黄栌的光合和呈色特性对当地阴雨天气的响应,为黄栌人工抚育提供科学依据。【方法】以黄栌为研究对象,于2019年4—11月定期监测(避开雨天)自然条件下控根容器内种植的4年生黄栌的光合特性、叶片色素含量、叶色参数等,并与2018年所测数据进行比较;收集2016—2019年重庆市气象数据,分析重庆地区2019年阴雨天气占比、降水量、日照时间、相对湿度等特征与2016—2018年的差异性,了解气象因子与黄栌叶片光合、呈色特性间的相关关系。【结果】2019年4—11月(黄栌生长期),重庆遭遇罕见的连绵阴雨天气,监测期超过半数时间为阴雨天气。相比2016—2018年,2019年日照时间减少10%~25%,最大日降水量增加30%~37%,平均降水量增加12.5%~25.0%,平均气温(Q)降低1%~2%。高湿、多雨、寡日照环境不利于黄栌光合色素合成,导致其净光合速率(P_n)降低,叶片呈色质量较差。相关性分析表明:P_n与日照时间(SD)和Q极显著正相关(P<0.01),与光合有效辐射(PAR)显著正相关(P<0.05),与日降水量≥0.1 mm天数(DPD)极显著负相关(P<0.01);蒸腾速率(T_r)与SD和Q极显著正相关(P<0.01),与PAR显著正相关(P<0.05),与DPD极显著负相关(P<0.01),与大气CO₂浓度(C_a)显著负相关(P<0.05)。叶绿素a(Chla)含量与Q显著正相关(P<0.05);花青素含量与DPD显著负相关(P<0.05)。叶色亮度(L^*)与叶绿素b(Chlb)含量极显著正相关(P<0.01),与Chla含量显著正相关(P<0.05);红/绿属性色相(a^*)与Chla、Chlb含量极显著负相关(P<0.01);其他色素含量与叶色参数间相关性均不显著(P>0.05)。a^*与T_r、P_n、气孔导度(G_s)极显著负相关(P<0.01);黄/蓝属性色相(b^*)与T_r、P_n、G_s极显著负相关(P<0.01);彩度(C^*)与T_r、P_n极显著负相关(P<0.01)与G_s显著负相关(P<0.05)。【结论】在2019年4—11月的连绵阴雨天气条件下,重庆地区黄栌表观量子效率(AQY)和P_n降低,利用弱光的能力和叶片呈色质量较差,但具有较宽的CO₂生态利用幅度与光照耐受范围,叶片Chlb含量的增加提高了对散射光的利用能力,从而增强对连绵阴雨天气的适应与耐受能力。研究结果可为我国黄栌引种栽培及科学管理提供参考。     

桢楠种子脱水过程中的生理响应

【目的】通过对桢楠种子脱水过程中的生理响应进行研究,探讨恰当的脱水处理方式,为桢楠种子的长期保存提供必要的理论和技术支持。【方法】采用硅胶脱水的方法对桢楠种子进行脱水处理,当失水率在0、3%、6%、9%、12%、15%和18%时进行各项生理指标的测定,研究其脱水耐性。【结果】桢楠种子初始含水率为37.74%,初始生活力为89.41%,半致死含水率为29.09%,表现出较高的顽拗性。桢楠种子在硅胶脱水过程中,生活力逐渐下降;电导率和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量不断上升;超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性和过氧化氢酶(catalase,CAT)活性均先上升,之后急剧下降;同时,桢楠种子的SOD活性和CAT活性均分别与电导率和MDA含量之间存在显著负相关关系(相关系数分别为-0.833、-0.743、-0.819和-0.871)。随着脱水的进行,桢楠种子保护酶系统受到抑制,膜脂过氧化作用加强,引起其膜透性加剧,有害过氧化物积累,进一步引起种子生活力降低乃至完全丧失。【结论】桢楠种子表现出较高的顽拗性,在储藏过程中应特别注重其对水分的需求,种子储藏的最佳含水率为34.74%,在生产实际中含水率可控制在34.74%±3%。     

丛枝菌根真菌对盐胁迫下桢楠光合生理的影响

【目的】研究盐胁迫条件下,桢楠接种丛枝菌根真菌(AMF)后叶片光合色素含量、气体交换参数和叶绿素荧光参数的变化情况,以期为桢楠在盐碱地造林提供参考。【方法】采用分光光度法测定叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和类胡萝卜素(Car)含量,采用Li-6400便携式光合仪测定气体交换参数和叶绿素荧光参数。【结果】不同浓度NaCl胁迫下,AMF接种与未接种处理桢楠光合色素含量均呈现显著差异,AMF显著提高了桢楠叶片的光合色素含量。盐胁迫下AMF接种处理后桢楠叶片的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)显著高于未接种处理;AMF接种桢楠叶片的最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)变化不显著,而未接种处理则显著降低;未接种处理的非光化学淬灭系数(NPQ)在盐浓度为300 mmol/L时显著升高,而AMF接种处理的NPQ没有显著变化。双因素方差分析表明,接种AMF对Chl a、Chl b、Car含量和Φ_PSⅡ有显著影响。【结论】AMF通过改善光合色素含量、气体交换参数和叶绿素荧光参数,提高了桢楠对光能的利用能力,从而减轻了盐分对桢楠造成的伤害,表明AMF能够增强桢楠的耐盐性,进而促进桢楠在盐碱性土壤中生长。     

3种倍性青杨扦插苗对覆膜滴肥的生长响应

【目的】 研究指数施肥与常规施肥在覆膜滴灌形式下对1年生多倍体青杨(Populus cathayana)扦插苗生长、根系形态、生物量积累和光合作用的影响,选出更适合其生长规律的滴肥方式,旨在提高多倍体青杨扦插苗质量的条件下缩短苗木生长周期,为不同倍性青杨扦插苗水肥管理提供理论依据。【方法】 以2倍体、3倍体和4倍体1年生青杨扦插苗为对象,设置覆膜滴灌下指数施肥(8.01 g/株, EF)、常规施肥 (7.98 g/株, CF) 和不施肥 (CK) 3种处理。每次施肥前测定青杨扦插苗苗高和地径,绘制生长曲线。在生长旺盛期进行生理指标的测定,最终收获苗木后,分离根系对其进行扫描,获得根系形态指标。最后烘干苗木根、茎、叶测定各器官生物量。【结果】 生长结束时与指数滴肥处理相比,常规滴肥处理更显著地促进青杨扦插苗生长,苗高和地径分别比对照增加27.80%和13.81%(P<0.05),多倍体(3倍体、4倍体)苗木各营养器官生物量显著增加,4倍体青杨插条根系生物量最高为25.73 g。主要表现在多倍体苗木根系长度、根系直径、根系表面积、根系体积和根尖数量分别显著高出对照182.60%、32.97%、122.02%、119.48%和178.25%(P<0.05),且各指标从大到小依次为3倍体>4倍体>2倍体植株的。常规滴肥下多倍体叶片叶绿素含量较对照显著高出14.66%,苗木单株光合产量较对照显著高出38.79%,且各指标从大到小依次为4倍体>3倍体>2倍体。覆膜常规滴肥苗木气孔导度低于指数滴肥,但却保持着较高的胞间CO₂浓度,其中多倍体植株气孔导度大于2倍体植株的。【结论】 覆膜滴肥情况下,常规滴肥更有助于促进多倍体青杨扦插苗生长,3倍体和4倍体植株生长差异不大。     

剖分Q-邻接冠图的广义特征多项式及其应用

设正则图G₁和G₂的剖分Q-邻接点冠图G₁□·_QG₂是由Q(G₁)和|V(G₁)|个点不交的G₂的拷贝,通过连接V(G₁)中第i 个顶点的所有邻点与第i个G₂的拷贝的所有点后得到的图; 剖分Q-邻接边冠图G₁□—〓_QG₂是由Q(G₁)和|I(G₁)|个点不交的G₂的拷贝,通过连接 I(G₁)中第 i个顶点的所有邻点与第i个G₂的拷贝的所有点后得到的图。其中Q(G₁)是由图G₁的每条边上插入一个新点且当图G₁的2条边相邻时对应的2个新点之间连接一条边后得到的图, I(G₁)是图G₁中每条边上插入的新点所构成的集合。分别确定了剖分Q-邻接点冠图G₁□·_QG₂和剖分Q-邻接边冠图G₁□—〓_QG₂ 的广义特征多项式及其相应的Φ-谱。得到了G₁□·_QG₂和G₁□—〓_QG₂的规范拉普拉斯谱, 同时也构造了一些Φ-同谱无穷类。     

休眠解除过程中紫楠种子生理生化特征的变化

【目的】探究紫楠(Phoebe sheareri)种子层积过程中营养物质、酶活性和内源激素的动态变化,揭示种子解除休眠过程中的内在生理机制,为其休眠解除与促进萌发提供理论依据。【方法】以新鲜饱满的紫楠种子为试验材料,采用低温和变温层积处理,测定层积过程中的生理生化指标。【结果】层积处理能解除紫楠种子休眠,低温和变温层积处理的发芽率分别为85.83%、72.75%。紫楠种子中初始淀粉含量为467.88 mg/g,在层积过程中逐渐下降。可溶性糖、可溶性蛋白和粗脂肪均被不同程度地分解。淀粉酶、酸性磷酸酶(APA)和过氧化物酶(POD)活性均不断增强。在整个层积过程中生长素(IAA)、异戊烯基腺苷(IPA)、赤霉素(GA₃)含量不断增加,脱落酸(ABA)含量逐渐减少,IAA/ABA(质量比,下同)、IPA/ABA、GA₃/ABA不断增大。【结论】紫楠种子是中度休眠的种子,低温层积是加快紫楠种子萌发的较好方式。紫楠种子最主要的贮藏物质为淀粉,营养物质的转化与内源激素的协调作用均对紫楠种子休眠的解除起重要作用。