[發明專利]一種作物根系核磁共振研究的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201210486592.3
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102967617A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 何勇;張建鋒;王南飛;劉飛;龔向陽
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08;G01N1/28;G01B15/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于核磁共振成像技術領域，涉及一種作物根系核磁共振研究的測量裝置及方法。

背景技術

根系是作物從土壤等生長介質中獲取水分和養分的主要器官，根系對作物的生長發育有著至關重要的影響。由于生長介質中各種養分和水分的不均勻分布，根系三維構型直接影響到作物對養分和水分的吸收與利用能力。已有研究表明，根系三維構型對于一些移動性差的養分如磷等的吸收具有重要的影響。因此研究根系的三維構型具有重要的意義。

然而，由于根系生長在土壤中，而土壤是非透明介質，肉眼無法直接觀測，使得對根系的研究比較困難。傳統的根系研究方法大都需要對根系離土取樣，不可避免的對根系造成了損傷和破壞，且操作過程比較繁瑣，對同一株根系無法重復多次試驗。比如：使用挖掘法研究根系，一般先判斷作物的根系的大致生長范圍后，然后對其直接進行挖掘，而后實施沖洗和根系參數測量。

地下根室法是根系研究的另一種方法，可以在不破壞根系的情況下對根系的生長狀況進行連續的觀察。但是地下根室法的成本非常高，對作物根系特征進行統計時比較費時費力，而且由于觀測角度有限，難以全面獲取根系構型特征。因此，無法滿足現代根系生物學的研究需求。

X射線計算機層析成像和核磁共振成像等技術的發展，為作物根系的研究提供了新的思路和方法。核磁共振技術是一種先進的非接觸式測量技術，可以實現作物根系的原位無損檢測，能對同一株作物根系進行反復多次的測量研究，完全滿足根系生物學研究的需要，同時，與X射線計算機層析成像相比，核磁共振成像在成像速度、二維圖像最小分辨率等方面具有更大的優勢。

由于核磁共振設備大都是針對醫學研究領域的，所以利用核磁共振成像技術研究作物根系時，缺乏專門的適用于作物根系核磁共振研究的測量裝置。當作物根系樣本直徑較小或者根系生長介質含水率較低時，根系核磁共振成像困難，獲得的作物根系斷層序列圖像效果不理想，數據損失較多。

發明內容

本發明提供了一種作物根系核磁共振研究的測量裝置，解決了作物根系樣本直徑較小或者根系生長介質含水率較低時，根系核磁共振成像困難的問題。

一種作物根系核磁共振研究的測量裝置，包括：

外筒；

嵌套在所述外筒中用于培養待測作物的內筒，內筒側壁和外筒之間形成用于盛水的環形空間區域；

用于封閉所述環形空間區域的頂部開口的環形密封蓋，該環形密封蓋上設有注水孔。

本發明通過設置外筒和與其嵌套的內筒，形成環形空間區域，并用環形密封蓋封閉。使用時在內筒中培養作物，而后將內筒嵌套在外筒中，并用環形密封蓋封閉環形空間區域，通過注水孔向環形空間內注入水，內外筒之間形成環形水袋。由于核磁共振成像是一種在特殊磁場條件下，以射頻脈沖激發測試對象內具有自旋特征的氫原子核，從而引起其氫原子核的共振并吸收能量，在停止射頻脈沖后，氫原子核按照特定的頻率釋放出所吸收的能量(即核磁共振信號)，該信號被接收器收錄，經計算機處理就獲得了核磁共振圖像，由此可知，氫原子核的含量與核磁共振成像清晰度之間有密切的關系，故環形水袋的形成可以提高根系核磁共振成像信號的強度，從而獲得清晰的根系成像信號。

作為優選，所述外筒和內筒為同軸布置的圓筒，在所述內筒的底部設有根系通氣孔。

同軸布置的外筒和內筒形成的環形空間區域厚度相同，注入水后，環形水袋對根系的作用均一一致，有利于根系全方位的清晰成像。另外，設置的根系通氣孔可以使作物的根系健康生長，在進行核磁共振成像時，需要將根系通氣孔密封，防止環形水袋中的水被吸入到內筒中。

由于作物根系的類型、組成成分以及分布范圍等均存在差異，故應根據具體的作物來決定內筒和外筒的直徑以及環形空間區域的厚度，所述作物為玉米時，所述環形空間區域的厚度為0.5～1cm。

作為優選，所述內筒和外筒的材料為聚乙烯塑料。當然也可以采用其他塑料制品，但應避免鐵、銅等順磁性物質的存在影響核磁共振成像的清晰度。

為了將內筒與外筒之間固定，所述內筒通過支架卡定在外筒中，所述根系通氣孔位于所述內筒的底面，將根系通氣孔設置在內筒的底面，有利于培養過程中根系的透氣和多余水分的排出。

根系生長介質含水率較低時，不利于根系的核磁共振成像，為了盡量避免水分的蒸發，所述內筒的頂口帶有內筒密封蓋，該內筒密封蓋帶有用于避讓待測作物的生長孔。

作為優選，所述生長孔位于內筒密封蓋的中部。作物的根系可以盡可能均衡的自然生長。