[发明专利]一种作物根系核磁共振研究的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于核磁共振成像技术领域，涉及一种作物根系核磁共振研究的测量装置及方法。

背景技术

根系是作物从土壤等生长介质中获取水分和养分的主要器官，根系对作物的生长发育有着至关重要的影响。由于生长介质中各种养分和水分的不均匀分布，根系三维构型直接影响到作物对养分和水分的吸收与利用能力。已有研究表明，根系三维构型对于一些移动性差的养分如磷等的吸收具有重要的影响。因此研究根系的三维构型具有重要的意义。

然而，由于根系生长在土壤中，而土壤是非透明介质，肉眼无法直接观测，使得对根系的研究比较困难。传统的根系研究方法大都需要对根系离土取样，不可避免的对根系造成了损伤和破坏，且操作过程比较繁琐，对同一株根系无法重复多次试验。比如：使用挖掘法研究根系，一般先判断作物的根系的大致生长范围后，然后对其直接进行挖掘，而后实施冲洗和根系参数测量。

地下根室法是根系研究的另一种方法，可以在不破坏根系的情况下对根系的生长状况进行连续的观察。但是地下根室法的成本非常高，对作物根系特征进行统计时比较费时费力，而且由于观测角度有限，难以全面获取根系构型特征。因此，无法满足现代根系生物学的研究需求。

X射线计算机层析成像和核磁共振成像等技术的发展，为作物根系的研究提供了新的思路和方法。核磁共振技术是一种先进的非接触式测量技术，可以实现作物根系的原位无损检测，能对同一株作物根系进行反复多次的测量研究，完全满足根系生物学研究的需要，同时，与X射线计算机层析成像相比，核磁共振成像在成像速度、二维图像最小分辨率等方面具有更大的优势。

由于核磁共振设备大都是针对医学研究领域的，所以利用核磁共振成像技术研究作物根系时，缺乏专门的适用于作物根系核磁共振研究的测量装置。当作物根系样本直径较小或者根系生长介质含水率较低时，根系核磁共振成像困难，获得的作物根系断层序列图像效果不理想，数据损失较多。

发明内容

本发明提供了一种作物根系核磁共振研究的测量装置，解决了作物根系样本直径较小或者根系生长介质含水率较低时，根系核磁共振成像困难的问题。

一种作物根系核磁共振研究的测量装置，包括：

外筒；

嵌套在所述外筒中用于培养待测作物的内筒，内筒侧壁和外筒之间形成用于盛水的环形空间区域；

用于封闭所述环形空间区域的顶部开口的环形密封盖，该环形密封盖上设有注水孔。

本发明通过设置外筒和与其嵌套的内筒，形成环形空间区域，并用环形密封盖封闭。使用时在内筒中培养作物，而后将内筒嵌套在外筒中，并用环形密封盖封闭环形空间区域，通过注水孔向环形空间内注入水，内外筒之间形成环形水袋。由于核磁共振成像是一种在特殊磁场条件下，以射频脉冲激发测试对象内具有自旋特征的氢原子核，从而引起其氢原子核的共振并吸收能量，在停止射频脉冲后，氢原子核按照特定的频率释放出所吸收的能量(即核磁共振信号)，该信号被接收器收录，经计算机处理就获得了核磁共振图像，由此可知，氢原子核的含量与核磁共振成像清晰度之间有密切的关系，故环形水袋的形成可以提高根系核磁共振成像信号的强度，从而获得清晰的根系成像信号。

作为优选，所述外筒和内筒为同轴布置的圆筒，在所述内筒的底部设有根系通气孔。

同轴布置的外筒和内筒形成的环形空间区域厚度相同，注入水后，环形水袋对根系的作用均一一致，有利于根系全方位的清晰成像。另外，设置的根系通气孔可以使作物的根系健康生长，在进行核磁共振成像时，需要将根系通气孔密封，防止环形水袋中的水被吸入到内筒中。

由于作物根系的类型、组成成分以及分布范围等均存在差异，故应根据具体的作物来决定内筒和外筒的直径以及环形空间区域的厚度，所述作物为玉米时，所述环形空间区域的厚度为0.5～1cm。

作为优选，所述内筒和外筒的材料为聚乙烯塑料。当然也可以采用其他塑料制品，但应避免铁、铜等顺磁性物质的存在影响核磁共振成像的清晰度。

为了将内筒与外筒之间固定，所述内筒通过支架卡定在外筒中，所述根系通气孔位于所述内筒的底面，将根系通气孔设置在内筒的底面，有利于培养过程中根系的透气和多余水分的排出。

根系生长介质含水率较低时，不利于根系的核磁共振成像，为了尽量避免水分的蒸发，所述内筒的顶口带有内筒密封盖，该内筒密封盖带有用于避让待测作物的生长孔。

作为优选，所述生长孔位于内筒密封盖的中部。作物的根系可以尽可能均衡的自然生长。