基于核磁共振技術(shù)的合歡種子吸水特性

杜恬恬 代 松 錢 滕 朱銘瑋 陳 麗張中會 李淑嫻

(1.南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心 南京 210037； 2.銅仁科學(xué)院 銅仁 554300；3.安徽林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 合肥 230031； 4.蘇州泰紐測試服務(wù)有限公司 蘇州 215163)

核磁共振(Nuclear magnetic resonance，NMR)是指具有固定磁矩的原子核在恒定磁場與交變磁場作用下，與交變磁場發(fā)生能量交換的現(xiàn)象(Chenetal., 2020)。近年來，核磁共振波譜(nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMR)和核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技術(shù)作為核磁共振的兩個分支，憑借著其快速、準(zhǔn)確、無損的特點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用(Scheenenetal.，2000； K?ckenberger， 2001； K?ckenbergeretal.， 2004； 王振華等， 2014)。NMR技術(shù)主要是通過測得樣品中氫質(zhì)子密度與分布，得到T1、T2值(T2橫向弛豫時間，T2的長短可以反應(yīng)樣品內(nèi)部水分自由度的大小即水分的相態(tài))，用其反映樣品中水分的相態(tài)分布及含量(Takeuchietal.， 1997)，如水稻(Oryzasativa)浸種過程中水分相態(tài)及含量的變化(宋平等， 2015)、歐洲油菜(Brassicanapus)種子萌發(fā)過程中水分相態(tài)的變化(Lechowskaetal.，2019)。隨著核磁共振技術(shù)的發(fā)展，MRI成像技術(shù)能確定種子的初始吸水位點(diǎn)，并能判斷水分在種子內(nèi)部的遷移規(guī)律，在種子吸水研究中的應(yīng)用越來越普遍(Volkovetal.， 2019)。煙草(Nicotianatabacum)種子吸水在萌發(fā)的第二和第三階段吸水是不均勻的(Manzetal.,2005)； 如利用MRI技術(shù)確定大豆(Glycinemax)種子的吸水的主要吸水位點(diǎn)(Koizumietal.， 2008)； 明確向日葵(HelianthusAnnus)種子在吸水不同階段的水分分布規(guī)律(Rani,2014)。

合歡(Albiziajulibrissin)是含羞草亞科(Mimosaceae)合歡屬落葉喬木，適應(yīng)性強(qiáng)，生長速度快，其樹冠開展，樹姿優(yōu)美，盛夏絨花滿樹，廣泛用作庭院樹、行道樹。合歡主要用種子繁殖，但該種子硬實(shí)，種皮表面的蠟質(zhì)嚴(yán)重影響了吸水作用，導(dǎo)致出苗不整齊，最終阻礙育苗順利進(jìn)行(韓多紅等， 2016)。吸水是種子萌發(fā)的先決條件，研究種子吸水過程的傳統(tǒng)方法是采用染色法(Huetal.， 2008)或吸水曲線法(周健， 2015)，前者需將種子切開根據(jù)顏色變化推斷種子吸水情況，屬于破壞性測定； 后者只能定量分析種子各部位吸水量隨時間的變化(霍仕平等， 2004)，無法判斷不同種子部位的水分分布差異及動態(tài)遷移過程。鑒于此，本研究應(yīng)用低場核磁共振及其成像技術(shù)，探究合歡種子初始吸水位點(diǎn)和吸水后種子內(nèi)的水分遷移規(guī)律，測定不同吸水時間合歡種子的T2值，判斷吸水過程中的水分相態(tài)變化，旨在為深入了解合歡種子生物學(xué)及吸水特性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及處理

2018年11月于江蘇宿遷采集合歡種子，剔除蟲害粒、種皮受損粒，再水選去除空粒，剩余飽滿種子在室內(nèi)自然陰干后保存在4 ℃冰箱中待用，于2018年12月開始相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)用種子的千粒質(zhì)量為(36.06±1.31)g； 含水量為11.4%±0.2%； 生活力為95.02%。

1.2 種子吸水率的測定

隨機(jī)取合歡種子30粒，3個重復(fù)，用千分之一天平稱自然陰干種子初始質(zhì)量(m1，g)。按陳麗等(2019)的方法，用初始溫度80 ℃的熱水浸種5 min后，將種子置于裝有清水的燒杯中使其吸水。分別于吸水后2、4、6、8、10、12、24 h后取出種子，用吸水紙擦拭種子表面水分后稱取浸種后質(zhì)量(m2，g)； 之后將種子重新置于裝有清水的燒杯中，重復(fù)上述操作，直至種子達(dá)到吸水平衡。對照種子未進(jìn)行熱水處理，直接浸種，時間相同。按下式計(jì)算種子的吸水率，繪制吸水曲線。

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1.3 MRI技術(shù)確定種子吸水位點(diǎn)及吸水后的水分遷移路徑

隨機(jī)選取3顆不同吸水時間后的種子，對吸水過程進(jìn)行MRI成像觀察。將裝有種子的玻璃試管置于梯度磁場中按受射頻脈沖的激發(fā)，產(chǎn)生磁共振，通過對梯度磁場進(jìn)行相位和頻率的編碼，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理獲得其橫切面的二維層面圖像。核磁共振掃描儀(Verios 7 T，德國Siemens 公司)主頻率為300.337 MHz，主要參數(shù)為： 視野FOVRead=FOVPhase=2.8 cm； 重復(fù)時間TR=2 000 ms； 回波時間TE=13 ms，以FID格式保存成像結(jié)果。

1.4 T2弛豫總信號幅值與種子水分質(zhì)量的關(guān)系

采用硬脈沖回波序列(carr-purcell-meiboom-gill, CPMG)測定吸水過程中的種子，用SIRT(聯(lián)合迭代重建技術(shù))算法反演操作，得到T2弛豫圖譜及峰面積，峰面積反映了種子內(nèi)的含水量(彭宇飛， 2018)。隨機(jī)取出一定數(shù)量的種子(>300粒)，按前面所述方法進(jìn)行浸種和吸水不同時間后，取出30粒種子，每10粒為1個重復(fù)，擦干表面水分，裝入玻璃試管中，放置在低場核磁共振儀中檢測。再將種子拿出后稱重，之后放入103 ℃烘箱中干燥至恒質(zhì)量，從而得到種子的水分質(zhì)量。通過回歸分析，確定T2弛豫譜總峰面積與種子水分質(zhì)量的回歸方程，并通過R2檢驗(yàn)回歸方程的擬合效果。

1.5 NMR技術(shù)測定種子吸水過程中各相態(tài)水分含量的變化

參照1.4 中的方法得到T2弛豫圖譜，具體為： 用初始溫度80 ℃的熱水浸種5 min后，將種子置于裝有清水的燒杯中，分別于吸水0、2、4、6、8、10、12、24、36、48 h后取出種子，擦干表面水分，在低場核磁共振儀中檢測，每個重復(fù)取10粒種子，重復(fù)采樣3次。測定后立刻將種子放入清水中繼續(xù)浸種。CPMG脈沖序列的主要參數(shù)： 主頻SF=23 MHz，偏移頻率Ο1=347 207 Hz，90°脈沖射頻脈寬P1=8 us，180°脈沖射頻脈寬P2=15.52 us，信號采樣點(diǎn)數(shù)TD=320 008，重復(fù)采樣等待時間TW=3 000 ms，重復(fù)采樣次數(shù)NS=16，回波時間TE=0.2 ms，回波個數(shù)NECH=8 000。

1.6 數(shù)據(jù)分析

利用Excel對整理采集的數(shù)據(jù)，用SPSS 22.0對測定指標(biāo)進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析； 采用OriginPro 8.5和Photoshop CS6軟件作圖和處理。

圖1 合歡種子的吸水曲線Fig. 1 Absorption curves of A. julibrissin seeds during imbibition數(shù)值為(M±SE)，下同。Each value is the mean ± standard error (SE) of three replicates. The same below.

2 結(jié)果與分析

2.1 合歡種子的吸水曲線

由圖1可知，熱水處理后的合歡種子吸水過程呈“S”型，在0～4 h，吸水率僅緩慢增加至17.30%。之后進(jìn)入快速吸水階段(4～12 h)，其中在8 h后快速增至94.10%。之后進(jìn)入緩慢吸水階段，在24 h后緩慢增至106.40%，并逐漸趨于平衡。在24～48 h內(nèi)，吸水極為緩慢，在48 h時增至107.29%，僅增加了0.89%?；谶@個吸水過程，可確定后續(xù)試驗(yàn)選取的時間點(diǎn)。

2.2 種子吸水過程中核磁成像結(jié)果分析

合歡種子吸水過程中縱截面(冠狀面)的核磁共振成像見圖2。核磁共振成像得到的種子內(nèi)部質(zhì)子密度加權(quán)圖像可較好反映樣品中H質(zhì)子的分布。通常H質(zhì)子越密集的區(qū)域，加權(quán)圖像越明亮(圖中顯示白色)。在種子吸水過程中，其內(nèi)部的H質(zhì)子主要來源于水分子，因此加權(quán)圖像明亮的區(qū)域表明含水量較高即吸水較多，通過觀測圖像的灰度可判斷吸水過程中水分在種子體內(nèi)的移動規(guī)律。

合歡種子吸水過程核磁共振成像見圖2。干種子的顏色較暗(圖2A)，含水量很低。吸水2 h時，種子上半部分明顯脹大(圖2B)，說明此部位已開始吸水。從MRI圖片的冠狀面還可知，種孔處有個小亮點(diǎn)，胚根尖端及其周圍小部分子葉區(qū)域也開始變亮。結(jié)合種子的結(jié)構(gòu)(陳麗等， 2019)可發(fā)現(xiàn)，從種孔處吸收的水分，一部分沿著種皮右側(cè)的維管束向合點(diǎn)端移動； 另一部分到達(dá)胚根尖端的水分，沿著種皮與子葉的縫隙向合點(diǎn)端移動的同時，還向子葉中擴(kuò)散，故胚根尖端及其周圍的子葉變得較亮，且右側(cè)子葉變亮區(qū)域更大，致使右側(cè)種皮的吸脹面積明顯大于左側(cè)； 此時胚軸還是比較暗，沒有水分進(jìn)入。吸水4 h時，胚根尖端更加明亮，且絕大部分胚軸也開始變亮(圖2C)，說明到達(dá)胚根尖端的水分又多了一條移動路徑(即進(jìn)入到胚軸中)； 此時左側(cè)種皮中間也出現(xiàn)一條明亮的窄長區(qū)域。這些明亮區(qū)域的變化，清晰地說明了從種孔進(jìn)入種子內(nèi)水分的移動規(guī)律。吸水8 h時，種子內(nèi)部的水分持續(xù)增加，吸脹部位已超過二分之一，已吸脹部位的子葉與種皮的邊界更加明顯(圖2E)。左側(cè)種皮的吸水通道更加清晰可見，水分在左側(cè)子葉加速移動致使兩側(cè)子葉的吸水面積差異不大。胚根明顯脹大，胚軸的輪廓更加清晰，進(jìn)入胚軸的水分繼續(xù)向子葉的中心移動，此時中間部分的子葉也開始變亮，但水分移動距離明顯短于兩側(cè)的子葉。吸水12 h時，整粒種子已充分脹大，胚的各部位都較之前更明亮。至24 h時，子葉與種皮的界限更明顯(圖2G)。此時水分雖已充滿整粒種子，但不同部位的明亮程度即水分含量并不相同： 靠近左右兩側(cè)種皮的子葉比中間絕大部分更明亮，水分更充盈； 胚軸比絕大部分子葉明亮。

2.3 種子吸水過程中T2弛豫時間與水分相態(tài)的劃分

種子吸水過程中橫向弛豫時間T2的反演圖譜如圖3。根據(jù)核磁技術(shù)的原理，T2為橫向弛豫時間，T2的長短可以反應(yīng)樣品內(nèi)部水分自由度的大小即水分的相態(tài)。弛豫時間越短，水分的自由度越低，反之，弛豫時間越長，水分自由度越高(宋平等， 2018)，而峰面積的變化反映該相態(tài)水分含量的變化。

圖2 合歡種子吸水過程中的核磁共振成像圖Fig. 2 NMR images of A. julibrissin seed after soaking in the coronal plane

圖3 吸水不同時間段合歡種子的T2反演圖譜Fig. 3 Spectrum inversion of transverse relaxation time T2 of A. julibrissin seed during imbibition

由圖3可知，不同吸水階段的合歡種子，其T2變化范圍主要在0.1～1 000 ms，在該范圍內(nèi)出現(xiàn)了3個有規(guī)律的峰和1個無規(guī)律的峰，從左往右各峰值所在區(qū)間對應(yīng)的T2弛豫時間分別為T2a、T2b、T2c、T2d，種子存在4種不同狀態(tài)的水。其中弛豫時間最短的T2a(0.1～1 ms)為種子內(nèi)的結(jié)合水(bound water)，該狀態(tài)水主要是種子內(nèi)部被淀粉、蛋白質(zhì)等大分子包圍或在細(xì)胞內(nèi)通過氫鍵吸附于大分子物質(zhì)上的水，流動性差，只能緩慢運(yùn)動；T2b(1～10 ms)為種子的胞內(nèi)水(cytoplasmic bulk water, immobile water)，主要是被毛細(xì)管作用束縛或被淀粉等大分子顆粒表面的羥基氫質(zhì)子快速交換形成的水分，其流動性雖受到一定限制，但略高于結(jié)合水； 弛豫時間較長的T2c(10～100 ms)為胞外自由水(extra-cellular free water)，生物體內(nèi)或細(xì)胞內(nèi)可自由流動，暫時不會被植物細(xì)胞內(nèi)膠體顆粒或大分子所吸附，主要起溶劑作用；T2d(>100 ms)為剛進(jìn)入種子內(nèi)部的水分，流動性極強(qiáng)，活性極大(宋平等， 2015)。

表1 不同吸水階段合歡種子的T2反演表Tab.1 T2 inversion of A. julibrissin seeds at different imbibition stages

合歡種子吸水過程中T2橫向馳豫時間及信號幅值的變化見表1。由于T2d在吸水過程中變化不大，并且該狀態(tài)的水主要是剛進(jìn)入種子內(nèi)部殘留在種皮間隙的水的信號量，不屬于被種子營養(yǎng)組織吸附的水分，故表1、表2未計(jì)算此部分。吸脹過程中，結(jié)合水T2a峰的起始時間無顯著變化，但峰頂點(diǎn)時間及峰結(jié)束時間卻在不斷下降，有左移現(xiàn)象： 吸水24 h時，峰頂點(diǎn)時間明顯向左偏移； 而峰結(jié)束時間則在吸水6 h時即開始顯著左移。0 h的種子即熱水處理后的種子，胞內(nèi)水含量很低，可忽略不計(jì)。隨吸水時間的延長，作為胞內(nèi)水的T2b，該峰的起始時間、峰頂點(diǎn)時間、峰結(jié)束時間呈波動變化趨勢，但所有結(jié)果差異不顯著； 相比上述2個峰，流動性較強(qiáng)的T2c在各測定時間點(diǎn)的變化較大，吸水2 h時，峰起始時間由0 h的19.06 ms顯著下降到13.24 ms，隨后各峰起始時間點(diǎn)呈波動變化，但差異均不顯著； 吸水初期，峰頂點(diǎn)時間也呈下降趨勢，特別在0～2 h時下降的幅度更大些，由0 h的115.15 ms顯著下降到74.30 ms，2～4 h時峰頂點(diǎn)仍為顯著下降，隨后峰頂點(diǎn)時間逐漸趨于穩(wěn)定； 隨吸水時間延長，峰結(jié)束時間在0～2 h首先略有下降，但差異不顯著。2～4 h時顯著上升，但在6 h時突然迅速下降，由4 h時的668.06 ms顯著下降到258.40 ms。吸水6 h后，峰結(jié)束時間呈緩慢下降的變化趨勢。因此，T2c的峰在整個吸水過程中明顯左移，說明浸種過程中胞外自由水中氫質(zhì)子的自由度在降低，水分的流動性逐漸減弱。

2.4 核磁共振T2弛豫總信號幅值與種子水分質(zhì)量的關(guān)系

由圖4可知，種子核磁共振弛豫圖譜峰面積(S)與水分質(zhì)量(X，g)線性擬合關(guān)系：S=21 132X+695.05，R2=0.999 6，擬合較好。因此，可用峰面積反映種子內(nèi)水分含量。

2.5 種子吸脹過程中各相態(tài)水分相對含量的動態(tài)變化

吸水過程中種子各峰面積比例的動態(tài)變化見表2。T2a、T2b、T2c對應(yīng)的峰面積即各相態(tài)水的含量，分別用S2a、S2b、S2c表示，峰面積比例為某一狀態(tài)水的峰面積與總峰面積的比值。在吸脹過程中，合歡種子的峰面積S2a、S2b、S2c處于動態(tài)變化中。結(jié)合水S2a在前期0～4 h內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢，但各峰面積差異不顯著； 6 h時峰面積突然顯著下降，由4 h時的3 022.60下降到1 537.42，下降了49.14%，隨后S2a呈波動變化； 48 h時的結(jié)合水峰面積由初始吸水階段的2 751.16降低至測定過程的最低值1 210.71，下降55.99%(P<0.05)，說明浸種過程中結(jié)合水含量在明顯減少。S2b的變化與S2a大不相同，隨浸種時間延長呈逐漸增加趨勢。在前期吸水階段峰面積快速增加，由吸水2 h時的1 502.58增加至6 h的10 879.07，增加了624.03%； 浸種6 h后，S2b上升速度變慢，但整體仍呈顯著增加趨勢； 浸種36 h時，S2b較2 h時增加了1 061.45%； 浸種48 h時，S2b略有下降，但較36 h時差異不顯著。在吸水前期(0～4 h)，胞外自由水S2c雖呈增加趨勢，但差異不顯著； 在吸水4～10 h過程中，S2c進(jìn)入迅速增加階段，且相鄰兩階段之間差異顯著(P<0.05)，在10 h時的峰面積增至32 103.99，較0 h時增加了884.20%； 隨后S2c峰面積增加速度開始放緩，在48 h時增至39 948.16，較0 h時增加1 124.68%。

圖4 合歡種子核磁共振T2弛豫峰面積與水分質(zhì)量之間的回歸關(guān)系Fig. 4 Relationship between NMR peak area of T2 relaxation spectrum and thewatermass of A. julibrissin seeds

吸水過程中，合歡種子各峰面積的比例即各吸水階段每一相態(tài)水的相對含量在不斷變化。結(jié)合水S2a的峰面積比例呈先快速下降(0～6 h)再逐漸緩慢下降(6～48 h)趨勢： 0 h時種子內(nèi)結(jié)合水較多，占水分總量的45.13%； 6 h后迅速下降至4.80%； 48 h時僅為2.08%。浸種過程中，種子中胞內(nèi)水S2b的比例呈先迅速增加后逐漸減小的變化趨勢，浸種2 h時種子內(nèi)開始出現(xiàn)較多的胞內(nèi)水，比例迅速增加到17.09%； 6 h時進(jìn)一步增到33.98%； 8 h時為31.29%，較6 h時略有下降； 隨后幾個測定時間段，胞內(nèi)水比例基本維持在30.00%左右。種子內(nèi)胞外自由水在0 h時占53.51%，說明熱水處理后合歡種子中主要的水分為胞外自由水； 在最初吸水階段(0～4 h)胞外自由水S2c的比例變化不大，都在50.00%左右； 吸水6 h時迅速增至61.22%，10 h時達(dá)67.43%； 10 h后基本穩(wěn)定在67.00%以上。總的來說，種子內(nèi)部不同相態(tài)水的比例在吸水過程中呈動態(tài)變化，即種子內(nèi)部不同相態(tài)的水分存在相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，并且胞外自由水的含量遠(yuǎn)高于其他相態(tài)的水。

表2 浸種過程中合歡種子各峰面積及其比例的變化Tab.2 The changes of peak area of A. julibrissin seeds

3 討論

3.1 種子的初始吸水位點(diǎn)

植物體內(nèi)各部位水分(也就是說氫質(zhì)子)的分布并不均勻，因此用MRI技術(shù)可得到亮度不同的圖像，進(jìn)而分析植物體內(nèi)水分分布情況(張新宇， 2020)。本研究用核磁共振成像技術(shù)觀察合歡種子吸水過程， 吸水2 h時種孔首先變亮，是初始吸水位點(diǎn)。但陳麗等(2019)采用苯胺藍(lán)染色法發(fā)現(xiàn)種脊是合歡種子的初始吸水位點(diǎn)。這可能由于合歡種子太薄，核磁共振儀無法以種脊為核心掃描其吸水情況，因此種脊和種孔在初始吸水時的作用還有待進(jìn)一步研究。不同植物種子的種皮結(jié)構(gòu)不同，初始吸水位點(diǎn)也不同(Turneretal.， 2009； Grazielaetal.， 2017)。Baskin(2003)發(fā)現(xiàn)豆科(Leguminosae)植物種子的吸水位點(diǎn)大多數(shù)是種脊，但加拿大紫荊(Cerciscanadensis)(張琪等， 2020)和薄葉臘腸樹(Cassialeptophylla)是種孔(De Paulaetal.， 2012)，象牙花(Erythrinaspeciosa)(Delgadoetal， 2015)和鳳凰木(Delonixregia)(Jaganathanetal.， 2017)為種臍。

3.2 吸水后水分在種子中的移動路徑

通過MRI圖像發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入種孔的水分一部分沿著種皮兩側(cè)的維管束向合點(diǎn)端移動； 到達(dá)胚根尖端的水分，又有如下移動路徑： 一部分沿種皮與子葉的縫隙向合點(diǎn)端移動，并進(jìn)入子葉的外側(cè)； 還有一部分水分由胚根尖端進(jìn)入胚軸中，并向子葉中移動。Kaori等(2006)發(fā)現(xiàn)小豆(Vignaangularis)種子吸水后水分主要通過種皮和子葉的空隙部分運(yùn)輸。不同植物種子的種皮結(jié)構(gòu)不同，水分移動路徑也就不同。Koizumi等(2016)發(fā)現(xiàn)刺槐(Robiniapseudoacacia)種子吸水中的水分通過種脊進(jìn)入種子后，以兩條途徑移動，一條通過種臍緩慢遷移至胚根，另一條經(jīng)過合點(diǎn)端后繼續(xù)沿著種臍對面的種皮到達(dá)胚軸。

在本研究中，吸水初期(0～6 h)，合歡種子右側(cè)吸脹面積較左側(cè)稍大。由合歡種子的解剖結(jié)構(gòu)(陳麗等， 2019)可發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)種皮中雖都存在維管束結(jié)構(gòu)，但右側(cè)維管束直接連接種臍區(qū)域，而維管束又利于水分運(yùn)輸(郭學(xué)民等， 2020； 張琪等， 2021)，這可能是初期右側(cè)種子吸水較快的主要原因。本研究通過MRI圖像還發(fā)現(xiàn)，水分在子葉外側(cè)的移動速度比中間部分快些。陳麗等(2019)采用TTC染色法也發(fā)現(xiàn)合歡子葉外側(cè)最先染成紅色，后向中間擴(kuò)散。種子結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)物質(zhì)的種類不同，水分移動速度也不同(Kikuchietal.， 2006； Malgorzataetal.， 2007； Koizumi， 2014)。合歡種子熱水處理后浸種24 h即可完全脹大，水分之所以能如此迅速進(jìn)入種子，是因合歡種子主要由種皮和胚兩部分組成，其中子葉在整個種子中占有很大的比例，而子葉又以蛋白質(zhì)為主，蛋白質(zhì)表面分布著許多-COOH，-OH，-NH2等親水基團(tuán)，這些基團(tuán)對水有很強(qiáng)親和性(金銀根， 2010)。而豆科其他植物的種子，如紫荊(C.chinensis)，由于存在膠狀胚乳殘余組織，完全吸脹所需時間較長(周健， 2016)。

3.3 吸水過程中水分相態(tài)的變化

吸水是水分子與種子內(nèi)大分子物質(zhì)結(jié)合的過程。植物體內(nèi)氫質(zhì)子的狀態(tài)反映了水分的分布與束縛程度(賈超， 2018)。根據(jù)T2變化范圍，可將合歡種子中的水區(qū)分為胞外自由水、胞內(nèi)水和結(jié)合水3種相態(tài)，這與多數(shù)植物種子的水分組成相似(Malgorzataetal.， 2007； 李然等， 2009； Anantaetal.， 2012)。但吸水過程中，各相態(tài)水的峰面積即含水量變化規(guī)律并不相同： 合歡種子胞外自由水和胞內(nèi)水的峰面積呈“S”型增加趨勢，而結(jié)合水的峰面積在前期(0～4 h)略有上升，但差異不顯著，6 h時峰面積突然顯著下降，隨后波動下降，所以總的來說結(jié)合水呈下降趨勢，這與玉米(Zeamays)種子萌發(fā)過程中的結(jié)合水變化趨勢相同(彭宇飛， 2018)。

吸水過程中種子內(nèi)不同相態(tài)水分是可相互轉(zhuǎn)化。 在0 h時，合歡種子內(nèi)部的水分多為胞外自由水。隨著浸種時間延長，胞外自由水含量雖在持續(xù)上升(峰面積在增加)，但比例卻略有下降，這主要是由于部分胞外自由水與種子中的一些大分子物質(zhì)結(jié)合，轉(zhuǎn)化為起溶劑作用的胞內(nèi)水(宋平等， 2016)。當(dāng)胞內(nèi)水的含量增加后，種子中的細(xì)胞開始活化，代謝更加旺盛，可溶性小分子物質(zhì)的濃度增加，當(dāng)胞內(nèi)水達(dá)到一定飽和程度后種子就具備了萌發(fā)條件。浸種過程中水稻種子各相態(tài)水分的變化規(guī)律與合歡種子類似(宋平等， 2015)，而彭宇飛(2018)發(fā)現(xiàn)玉米(Zeamays)種子萌發(fā)中的結(jié)合水峰面積也就是含量呈現(xiàn)先迅速增加后逐漸減小的趨勢，胞內(nèi)水含量持續(xù)上升，胞外自由水含量則為先減小后持續(xù)增加的趨勢，這可能由于玉米種子在吸水過程中，大部分淀粉分解為葡萄糖，可溶性蛋白質(zhì)被直接氨基酸化，非可溶性蛋白被水解成水溶性較小的小分子物質(zhì)，水分大量參與細(xì)胞活化，與種子中的親水膠體結(jié)合。吸水過程中結(jié)合水T2a的峰頂點(diǎn)、峰結(jié)束時間發(fā)生左移，也就是說吸結(jié)合水的流動性在減弱，這主要是由于吸水過程中結(jié)合水含量下降幅度較大，所剩結(jié)合水較少，為了吸附種子中的大分子物質(zhì)，需使T2a束縛能力進(jìn)一步增強(qiáng)，從而造成峰左移，宋平(2016)對水稻浸種過程中的水分研究也得出相同結(jié)論。胞外自由水T2c在吸水0～6 h內(nèi)也明顯發(fā)生峰左移，可能是胞外自由水開始向胞內(nèi)水轉(zhuǎn)化，種子內(nèi)的蛋白，淀粉等物質(zhì)活化增多，水分膠合更加緊密，結(jié)合能力更強(qiáng)，合歡種子吸水6 h時，結(jié)合水的含量陡然下降，胞外自由水的含量急劇上升，可能與代謝物質(zhì)突然變化有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步研究。但是在糙米浸種過程中，3個峰則隨著時間推移，向右移動，這可能因糙米是淀粉類種子，內(nèi)部淀粉等大分子物質(zhì)吸水膨脹，細(xì)胞間隙變大，使得氫質(zhì)子所受束縛力下降(劉瀟等， 2018)。

4 結(jié)論

1) 運(yùn)用MRI技術(shù)無損觀察了合歡種子吸水規(guī)律： 種孔為初始吸水位點(diǎn)，水分由種孔進(jìn)入后在向合點(diǎn)端移動的過程中主要有3條路徑： 一是水分進(jìn)入種皮，通過兩側(cè)維管束運(yùn)輸； 二是水分到達(dá)胚根，通過種皮與子葉的縫隙遷移至合點(diǎn)端，同時進(jìn)入子葉外側(cè)； 三是通過胚根進(jìn)入胚軸，經(jīng)子葉向合點(diǎn)端移動。水分在子葉外側(cè)的移動速度比中間部分快。

2) 回歸分析發(fā)現(xiàn)，合歡種子水分質(zhì)量與峰面積呈很好的線性關(guān)系：S=21 132X+695.0，R2=0.996 8。

3) 用T2反演圖譜可區(qū)分出種子內(nèi)部水分的相態(tài)，浸種過程中合歡種子主要存在3種相態(tài)的水，分別為結(jié)合水、胞內(nèi)水和胞外自由水。

4) 合歡種子吸水過程結(jié)合水含量逐漸減少，比例整體呈下降趨勢； 胞內(nèi)水含量呈上升趨勢，所占比例先上升后逐漸穩(wěn)定。胞外自由水與胞內(nèi)水變化趨勢盡管相同，但胞內(nèi)水含量增加更顯著。各相態(tài)的水分在吸水過程中一直在相互轉(zhuǎn)化，含量處于動態(tài)變化之中。