利用低場核磁共振進行活體玉米籽粒水分動態測試與成像

陳 明，李金龍，李 偉，劉晨旭，陳 琛，程德荷，陳紹江

利用低場核磁共振進行活體玉米籽粒水分動態測試與成像

陳 明，李金龍，李 偉，劉晨旭，陳 琛，程德荷，陳紹江※

（中國農業大學農學院國家玉米改良中心，北京 100193）

籽粒脫水速率慢是影響中國玉米機械化粒收的重要原因。精確測定玉米籽粒含水率是實現篩選脫水速率快玉米種質材料的重要方法。該研究設置玉米新鮮籽粒脫水（D）、干籽粒吸水（H）和再脫水處理（T），利用低場核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance, LF-NMR）單籽粒無損測試及核磁成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）技術，分別對鄭單958及其親本鄭58和昌7-2籽粒含水率進行測定，采集T2弛豫反演譜和可視化圖像，分時段監測3個處理的含水率變化及水分遷移過程。研究結果表明，新鮮籽粒在D的D01～D02階段含水率下降20.93～21.94個百分點，而在T中同等含水率的籽粒T01～T02階段含水率下降25.13～27.69個百分點，2個階段失水速率差異顯著。在2次脫水處理中，昌7-2籽粒在D01～D03和T01～T03階段的脫水速率均大于鄭58和鄭單958，而在D03～D06和T03～T06階段，昌7-2籽粒的脫水速率均顯著低于鄭58和鄭單958，顯示不同種質材料籽粒在D與T處理中表現相似趨勢。成像結果顯示，籽粒脫水過程先從胚乳開始，而在籽粒吸水過程中，種臍部位水分增加速度快，說明種臍是籽粒吸水過程的主要通道。該研究結果表明，LF-NMR可以反映不同處理方式及種質材料間的水分變化，有助于解析玉米籽粒水分動態變化規律，可為籽粒水分的相關研究及宜機收種質改良和新種質材料創制提供重要手段。

玉米；低場核磁共振；種子；籽粒含水率；可視化

0 引 言

玉米籽粒發育和形成歷經灌漿、脫水等復雜的生理過程。籽粒通過灌漿不斷積累淀粉、脂肪和蛋白質等，直至黑層形成，標志著籽粒生理成熟，隨之開始脫水過程[1-3]。收獲期籽粒含水率偏高，導致機收過程中破碎率及霉變率高等問題，是影響籽粒機械化收獲的重要因素。歐美在20世紀五六十年代就開展了玉米籽粒脫水研究并應用于種質改良，實現了玉米籽粒收獲的機械化，其研究結果表明，當含水率下降至18%～23%時，籽粒機收效果最佳，破損率最低[4-6]。歐美部分品種在生理成熟時籽粒含水率可降低至22%～23%，收獲時甚至降至15%，可以保證安全存儲[7-8]。中國學者的研究結果也表明，籽粒含水率降至22.8%時破碎率最低，為5.07%[9]。然而，目前推廣的玉米品種在生理成熟時籽粒水分多在30%以上[10]，籽粒脫水速度慢，限制了籽粒機械化收獲的規模化推廣。

玉米籽粒水分的遺傳基礎較為復雜，加之缺少快速精準的無損測試方法，對單個籽粒水分動態研究較為困難，因而籽粒脫水性狀的遺傳改良進展緩慢。鑒于此，應用先進測試手段研究籽粒水分動態變化，有助于明確籽粒水分變化的機制，有望為快速解決籽粒機械化收獲提供參考。玉米籽粒中的水分一般以自由水、結合水和半結合水3種相態存在[11]，自由水是指不被籽粒中淀粉、蛋白質等大分子物質吸附而能自由流動的水，主要存在于種子的毛細管和細胞間隙中，具有一般水的性質；結合水是指籽粒中與大分子物質緊密結合且不能自由流動的水；半結合水的存在相態介于結合水和自由水之間，受到吸附力較小[12-13]。通過測定籽粒中水分的相態，可以明確是否達到最佳脫水狀態，為評估籽粒脫水性能提供參考。籽粒含水率測定方法主要包括烘干法[14]、電容法[15-16]、光譜法[17]和核磁共振法[18]等。烘干法測定結果準確，但其可導致籽粒失去發芽活力，且操作過程較為繁瑣，因此在育種種質材料的高通量選擇上難以應用。電容法能夠快速測定大批樣品的籽粒含水率，缺點是難以精確測定單個籽粒的含水率，因而多用于商品糧含水率估算[19-20]。低場核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance, LF-NMR）技術通過外加磁場檢測氫質子的震動，根據氫質子震動信號能準確推斷籽粒中的含水率。LF-NMR測定水分的優點在于不損傷籽粒因而能保持其發芽活力，因此適用于育種種質材料的單籽粒水分選擇。另外，LF-NMR測定獲得的T2弛豫反演譜還能夠反映籽粒水分與大分子物質結合程度，馳豫時間越短表明結合程度越高；馳豫時間越長則結合程度越低，因而可根據T2弛豫反演譜每個曲線的波峰位置區分結合水、半結合水及自由水3種水分相態[21]。鑒于上述特點，LF-NMR逐漸成為水分分布和含水率檢測的一種有效手段，特別適用于活體檢測。目前已被廣泛應用于醫學[22]、食品[23]、石油勘探[24]、生物科學[25]和高分子材料[26]等研究領域。

在農業上，LF-NMR具有簡便、快速、無損等優點，并可通過成像實現氫質子信號的可視化，主要應用于研究農產品中的水分和油脂含量與分布[27-28]。使用LF-NMR對籽粒中水分進行分析，可在得到籽粒含水率的同時，直接顯示水分分布情況[18]。不僅可從時間維度研究水分的變化規律，也能從空間上直接觀察種子內部的水分分布及動態過程[29-30]。綜上，本研究利用LF-NMR研究不同玉米種質材料的籽粒含水率、水分相態和空間分布變化過程，為建立高效精準的籽粒含水率測定方法及宜機械粒收種質材料的快速篩選改良及新種質材料選育提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料的選取

試驗以生產上主推雜交種鄭單958（ZD958）及其親本自交系鄭58（Z58）和昌7-2（C7-2），于2018年5月26日和31日分2次播種于中國農業大學上莊實驗站，選取花期相近單株于2018年7月17日同時進行嚴格自交授粉，并于授粉后52 d收獲。為減少試驗誤差，只收獲授粉良好的3個果穗，并選擇果穗中部、生長發育良好、形狀規則的40個籽粒進行單籽粒水分測定；隨機選取8粒，其中5粒進行T2弛豫反演譜采集，3粒用于核磁共振成像，分析籽粒中水分的分布。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗處理及流程

上述樣品在田間采集后，立即使用自封袋進行封閉并置于冰盒，防止水分蒸發。在實驗室對樣品進行以下處理：1）新鮮籽粒脫水處理（D）：首先利用LF-NMR測定籽粒初始含水率，記為D01。此后將籽粒放置于26 ℃的恒溫烘箱，每隔24 h利用LF-NMR測定單個籽粒的含水率，共測定5次，分別記為D02、D03、D04、D05和D06；2）吸水處理（H）：對上述D06階段的籽粒進行浸水處理，水溫26 ℃，每隔90 min采樣并使用LF-NMR測定單個籽粒的含水率，共測定6次，分別記為H01、H02、H03、H04、H05和H06，之后對籽粒進行一次15 h浸水處理后，再次測定籽粒的含水率，記為T01；3）再次脫水處理（T）：上述T01階段的種子再次進行脫水處理，處理條件與方法同D，共檢測6次，分別記為T01、T02、T03、T04、T05和T06；4）烘干處理（CK）：上述參試籽粒在130 ℃的烘箱中烘干至恒質量，分別稱質量及成像，作為對照。

1.2.2 玉米籽粒水分核磁信號采集及含水率測定

利用LF-NMR（上海紐邁，NMI20-015V-I）分別對脫水-吸水-再脫水過程的籽粒的硬脈沖回波（Q-CPMG）信號及核磁成像信號進行采集。利用已建立的籽粒含水率測量標線，得到單籽粒含水率[18]。采集Q-CPMG信號并進行反演獲取T2馳豫反演譜，結合不同相態水分的馳豫時間范圍，判斷籽粒中不同水分相態差異。采集的質子密度加權像用于分析籽粒水分的分布。籽粒核磁信號采集具體參數為序列選項Q-CPMG，偏移頻率為588 696.49 Hz，重復采樣次數為16次，重復采樣等待時間為1.5 s，回波個數為3 000，信號采集點樣為74 988，回波時間為0.000 25 s，90°脈寬為0.000 008 s，180°脈寬為0.000 016 s。籽粒含水率測定流程參照已發表文獻[20]。核磁成像具體參數為偏移頻率為588 696.49 Hz，譜寬為40 kHz，重復采樣次數為64次，回波個數為500，信號采集點樣為300，重復時間為1.5 s，回波時間為0.000 376 s，90°脈寬為0.000 008s，180°脈寬為0.000 016 s，設定層數為1，選層寬度為0.013 m，選層厚度為0.013 m。將采集的籽粒含水率、T2弛豫反演譜、質子密度圖像分別命名存儲。

1.3 數據分析

為消除籽粒間質量的差異對籽粒含水率的影響，在含水率計算中根據單個籽粒的質量對其T2弛豫反演譜數據進行校正，即將T2弛豫反演譜的所有回波峰幅值除以單個籽粒的質量，得到籽粒的含水率。

烘干法測定籽粒的含水率（，%）計算如式（1）所示：

式中0代表處理前籽粒質量，g；1代表完全烘干后籽粒質量，g。

對T2衰減曲線進行反演得到反演譜，通過反演譜峰弛豫時間對水分的相態進行分類，同時以質量校正的譜峰面積代表各相態水分的含水率，在不同相態水分之間進行比較。采用Tukey法，對不同時期的籽粒含水率進行多重比較，<0.05為差異顯著，<0.01表示差異極顯著。

將成像得到的原始灰度圖通過核磁共振影像分析軟件（V1.0）進行映射處理后，再進行偽彩處理，圖中的紅色、綠色、藍色區域分別代表氫質子的高密度區、中等密度區和低密度區。試驗數據采用統計分析軟件R 4.0.0和EXCEL進行統計分析。繪圖使用R包ggplot2和Adobe Illustrator（2020）完成。

2 結果與分析

2.1 玉米籽粒水分變化規律

通過分析不同處理的籽粒含水率結果發現，自交系C7-2、Z58和雜交種ZD958三者兩兩之間的新鮮籽粒（D01）在含水率上存在顯著差異（<0.05）（圖1）。籽粒含水率由高到低分別為Z58、ZD958和C7-2。在D01～D02處理過程中，籽粒含水率迅速下降，C7-2、Z58和ZD958的含水率平均值分別下降21.94、21.37和20.93個百分點（表1）。D02測定中3個種質材料的平均籽粒含水率從高到低仍為Z58、ZD958和C7-2，兩兩之間的差異顯著（<0.05）。D02～D03處理過程中，3個種質材料的籽粒含水率進一步降低，C7-2、Z58和ZD958含水率分別下降3.28、10.28和4.83個百分點，均顯著低于D01～D02處理過程的含水率降幅（<0.01），D02～D03處理中Z58籽粒含水率降幅顯著高于C7-2和ZD958（<0.05）。D03測定中的Z58籽粒的含水率顯著高于C7-2和ZD958（<0.05），C7-2和ZD958之間在籽粒含水率上無顯著差異。隨著含水率降低，后期處理過程中（D03～D05）籽粒脫水速率逐漸下降，C7-2、Z58和ZD958的平均水分降幅只有2.36%、4.46%和2.96%。在T06測定中，C7-2籽粒含水率顯著高于Z58和ZD958（<0.05），Z58和ZD958之間的籽粒含水率沒有顯著差異。

注：同一處理不同小寫字母表示不同種質材料間差異顯著（P<0.05）。D為新鮮籽粒脫水處理，H為吸水處理，T為再次脫水處理，下同。

在H中（D06～T01），C7-2籽粒吸水速率較快，其在D06～H01和H01～H02階段中的籽粒含水率增幅均顯著高于Z58和ZD958籽粒（<0.05）。隨著籽粒水分含量提高，浸泡處理過程中籽粒含水率增幅明顯降低。飽和吸水后，在T01測試中C7-2和Z58籽粒的含水率無顯著差異，但均顯著高于ZD958（<0.05）。

T與D中含水率的變化呈現出類似的規律，約60%的水分均是在T01～T03脫水階段散失。隨著含水率降低，籽粒水分降幅明顯下降（表1）。不同種質材料在再脫水處理中的水分降幅存在顯著差異，在T01～T02處理中，C7-2、Z58和ZD958籽粒含水率平均值分別下降27.69、26.40、和25.13個百分點，兩兩之間的差異顯著（<0.05）。在T02～T03處理過程中，C7-2、Z58和ZD958的籽粒含水率平均值分別下降2.66、4.67和3.44個百分點，兩兩之間的差異同樣顯著（<0.05）。不同的是，在3個種質材料中，C7-2在T03～T04處理過程中含水率降幅最大，而在T04～T05過程中，其含水率降幅最小。隨著籽粒含水率降低，進一步脫水處理過程中水分降幅縮小（T05～T06）。最終，C7-2的籽粒含水率顯著高于Z58和ZD958，而Z58和ZD958籽粒的含水率之間無顯著差異（T06）。

表1 不同處理間玉米籽粒含水率差值變化的顯著性分析

注：不同小寫字母表示不同種質材料間差異顯著（<0.05）。

Note: Different lowercase letters stand for significant differencesamong different germplasm materials(<0.05).

2.2 玉米籽粒的水分相態變化規律

對各處理的籽粒T2馳豫反演譜分析發現，質量歸一化的譜峰面積可以反映籽粒的含水率，高含水率籽粒具有較高的質量歸一化的譜峰面積（圖2）。授粉后52 d的C7-2和ZD958籽粒含水率相當（D01），兩者在0.001～0.01 s區間具有主要的信號峰，為半結合水[11]。此外在0.01～0.1 s區間存在略小的水分信號峰，為自由水。與C7-2和ZD958相比，Z58籽粒在D01階段具有更高的籽粒含水率，在其水分信號峰表現為除了在0.001～0.01 s區間具有明顯的信號峰外，在0.01～0.10 s區間具有比C7-2和ZD958更高的信號峰，說明此時Z58籽粒含有較高比例的自由水。

在D中（D01～D06），3種籽粒在水分相態上表現出一致的變化，無論是自由水還是結合水，在脫水處理的過程中，由于水分含量的降低，其信號強度逐漸減弱。然而，不同相態的水分散失規律不同，自由水的散失主要集中在D01～D02階段，0.01～0.10 s的信號峰面積迅速縮小。半結合水散失速率較為緩慢，在D01～D06過程中持續存在。此外，籽粒中水分的相態隨著含水率降低也發生了改變。在D01～D06處理過程中，除了信號峰面積逐步縮小外，主要信號峰也向左偏移，說明脫水過程中結合水的比例升高。在H中（D06～T01），隨著籽粒浸泡吸水時間的增加，籽粒中半結合水和自由水的含量同步增加，同時伴隨著半結合水和自由水峰位逐漸右移，說明此過程中水分的結合程度降低。在T中（T01～T06），不同相態的水分含量及峰位變化規律與第一次脫水過程基本一致。

圖2 玉米籽粒水分相態變化

2.3 玉米籽粒的含水率及水分分布

為了更直觀地觀察籽粒水分的分布，通過對新鮮籽粒脫水、吸水和再次脫水的籽粒樣品進行核磁成像，獲得了3個種質材料自交籽粒水分分布的偽彩圖（圖3）。如圖3所示，深藍色的信號和深紅色的信號分別代表低水分信號和高水分信號。授粉后52 d采收的籽粒的胚和胚乳中均具有較為清晰的水分信號，胚中的信號強度要強于胚乳。Z58自交的籽粒在胚乳中的含水率較高，這個結果與圖1中Z58自交籽粒含水率顯著高于ZD958和C7-2自交籽粒含水率的結果一致。在脫水過程中，胚乳中的水分散失最快，在D03階段已經基本檢測不到。胚中的水分散失速率較慢，在D03階段雖然含水率明顯降低，胚中剩余信號依舊比較強，繼續脫水至D05，胚中的含水率進一步降低。剩余位于胚部的偽彩信號可能主要來自籽粒油分。

籽粒經過吸水處理后（H01），在果皮部位呈現明顯的水分信號，胚的基部也呈現較為明顯的水分信號，隨著吸水處理進行，籽粒胚乳和胚中的水分信號逐漸增強。在H05測試中，胚乳中的偽彩信號較強并且分布均勻，而胚中偽彩信號相比胚乳更加強烈，但分布不均勻。3個種質材料中T01測定中胚的下半部分偽彩信號要強于上半部分。再脫水過程中的籽粒偽彩信號分布和變化規律基本與第一次脫水過程一致（T01～T05）。

3 討 論

3.1 玉米籽粒脫水和吸水過程中的含水率變化

玉米籽粒含水率直接影響機械化收獲過程中的破損率及后期貯藏成本，研究籽粒脫水及吸水過程中水分的動態變化規律，可為探索快速脫水種質材料的選擇方法及籽粒宜機收品種的選育提供參考。前人已對小麥[31]、玉米[11]、水稻[32]等對籽粒吸水過程進行了研究，而對吸水后再脫水過程認識相對缺乏。新鮮籽粒脫水過程與再脫水過程之間存在一定差異，相比于新鮮籽粒脫水過程，吸水后的籽粒在再脫水過程的T01～T02階段失水率顯著高于D01～D02，這說明籽粒吸水處理過程中所吸收的水分散失速率更快。由于玉米籽粒機械化收獲過程中的含水率超過25%即導致破碎率顯著提高[9-10]，因此在本研究中，前期高水分階段（D01～D03、T01～T03）脫水速率可能在應用上具有較大參考價值。此外，籽粒水分動態變化也可能受遺傳背景及籽粒結構等影響，在D01～D02和T01～T02階段，C7-2的籽粒失水率均大于其他2個種質材料，其原因可能與其籽粒淀粉等成分和果皮厚度等種質材料的遺傳特性有一定關聯，此現象如能進一步在更多種質材料上得到驗證，將有望建立通過室內模擬處理鑒別單籽粒脫水性能的快速方法，從而降低田間工作量，提高選擇效率。

3.2 玉米籽粒脫水與水分相態的關系

LF-NMR T2馳豫反演譜峰的位置能反映籽粒水分的動力學特性，即水分子與大分子物質的結合程度[33]。通常，與自由水相比，籽粒中的水分子與淀粉、蛋白質及脂肪等大分子緊密結合，其中水分子中的氫質子受到較強的偶極耦合作用及磁場不均勻性的影響，從而快速衰減，在弛豫反演譜中表現為譜峰位置靠左，即主峰的弛豫時間較短。

玉米籽粒脫水是水分由內部向外界環境散失的過程，籽粒中水分的相態在脫水過程中也發生著動態的變化[34]。從質量歸一化的T2馳豫反演譜可以看出，隨著籽粒脫水過程的推進，含水率下降，伴隨著馳豫反演譜峰面積的減小。這一結果與小麥穗的LF-NMR T2弛豫反演譜信號峰的關系基本一致[21]。此外，隨著籽粒含水率的降低，T2馳豫反演譜峰的位置逐步向左遷移，表明籽粒中剩余的水分與大分子物質的結合程度提高，水分相態從以自由水為主過渡到以結合水為主，與前人發現的水稻種子水分變化規律一致[32,35-36]。在籽粒吸水處理中，隨著籽粒含水率提高，T2馳豫反演譜信號峰迅速右移，說明在此過程中籽粒水分與大分子物質的結合程度降低。

3.3 玉米籽粒水分的可視化

籽粒水分由內部向外部散失的過程受多種因素影響，明晰其過程有助于種質改良及選擇。前人研究結果表明，玉米生理成熟后籽粒脫水速率與果皮透性、苞葉和果柄性狀、籽粒形狀和大小有關，果皮透性好和短苞葉更有利于籽粒脫水[37]；籽粒的形態特征影響籽粒與環境的接觸面積，與籽粒脫水速率呈正相關，且籽粒長度與脫水速率呈顯著正相關[38]。本研究利用核磁共振成像直觀地展示了脫水過程動態變化，不同種質材料中胚乳的水分散失較快，說明果皮是籽粒水分散失的重要路徑。完全烘干的籽粒（CK）仍有一定氫質子的信號，其分布主要在胚中，推測是由于玉米籽粒中油分導致。在籽粒吸水處理后，籽粒的胚基部水分信號強度要高于胚乳，顯示該部位可能也是水分進入籽粒內部的重要通道。此外，種皮附近的水分信號明顯增強，說明種皮也是水分進入籽粒的重要路徑。通過核磁共振成像，可以直觀觀察籽粒水分分布的變化，有助于在室內對脫水過程中及吸水過程中水分擴散更快的種質材料加以選擇。

4 結 論

1）不同玉米種質材料的籽粒脫水速率存在差異。新鮮籽粒在脫水（D）的D01~D02階段的含水率下降20.93～21.94個百分點，而在再次脫水（T）的T01～T02階段含水率下降25.13～27.69個百分點，2個階段含水率降幅差異顯著。因此，相同環境條件下，干籽粒在吸水后的脫水速率大于同等條件下新鮮籽粒脫水速率。

2）籽粒的T2反演譜可以反映水分的相態變化。隨著水分降低，峰位逐漸左移，水分結合更加牢固。吸水后水分增加，峰位逐漸右移，水分結合程度降低。

3）低場核磁共振（LF-NMR）技術可以清晰地監測籽粒中的水分分布及動態變化，籽粒脫水過程始于胚乳逐步趨向于胚部，而吸水過程則是靠近種臍的部位水分增速更快。因此，該技術有望成為籽粒水分直觀檢測及宜機收種質材料篩選改良等相關研究的重要手段。

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Dynamic testing and imaging of living maize kernel moisture using Low-Field Nuclear Magnetic Resonance (LF-NMR)

Chen Ming, Li Jinlong, Li Wei, Liu Chenxu, Chen Chen, Cheng Dehe, Chen Shaojiang※

(,,,100193,)

Grain dehydration is a crucial aspect of the mechanized harvesting of maize. The high moisture of grains during harvest leads to a high percentage of damaged and mildew grains, and therefore, limiting the application of mechanized harvesting. Exploration of the moisture changes with the appropriate method is important for the development of inbred lines and hybrids with low grain moisture during harvesting. In this study, a popular planted hybrid Zhengdan958 (ZD958), and its parental inbred lines, Zheng58 (Z58) and Chang7-2 (C7-2), were used as models to test the live maize kernel moisture quantification and visualization using the Low-Field Nuclear Magnetic Resonance (LF-NMR). Self-pollination ears of ZD958, Z58, and C7-2 were harvested at 52 days after pollination, and then experienced three treatments, 1) naturally dehydration (D) under 26 ℃ environments for 5 days, samples were analyzed every 24 hours with LF-NMR; 2) hydration (H), grains from step1 were soaked in water at 26 ℃ for 9 hours, these samples were analyzed every 90 minutes with LF-NMR; 3) re-dehydration (T), repeat step 1 with grains from step 2, samples were analyzed every 24 hours with LF-NMR. For each analysis, 5 grains were used for moisture quantification with LF-NMR and 3 grains were used for grain moisture visualization with the MRI. Results showed that dehydration rate was negatively correlated with the grain moisture in both natural dehydration and re-dehydration among three materials. Under the same conditions, moisture reduction in T01-T02 was 25.13-27.69 percentage points, which was much higher than that of 20.93-21.94 percentage points, in D01-D02. Besides, significant differences were found in water loss among materials, water loss of C7-2 was significantly higher than that of Z58 and ZD958 in D01-D03 and T01-T03, while water loss of C7-2 was significantly lower than that of Z58 and ZD958 in D04-D06 and T04-T06. The visualization result showed a stronger moisture signal in the inner layer of endosperm than that in the outer layer of endosperm. In both D and T treatment, grain dehydration started from outside (endosperm) to inside (embryo). During H treatment, the moisture of the seed coat and navel increased rapidly, indicating that both seed coat and navel were important channels for water absorption. Because of the existence of grain oil which was mainly distributed in embryos and could be detected by MRI, embryos showed the strongest signals at all stages. Besides, the phase status of grain water was analyzed using transverse relaxation time (T2) of signal amplitude. Data showed that the T2 value of signal peaks decreased along with the water loss in either D treatment (D01-D06) or T treatment (T01-T06). By contrast, as water absorption went on in H treatment, the T2 value of signal peaks increased, demonstrating that phase status changes gradually along with both water absorption and dehydration treatment. Grains with low water content showed T2 value between 0.000 1-0.001 s, which meant tightly banding between water and other molecules, whole grains with high water content showed T2 value between 0.001-0.01 s (D01, T01), signifying loose banding or free from banding with other molecules. Overall, the results revealed that LF-NMR could be used to observe the continuous changes of maize grain moisture directly and accurately from three different perspectives, water content, visualization, and phase status. LF-NMR would have a high potential to be used as a powerful tool to evaluate water content and realize accurate single-kernel selection in maize breeding.

maize; low-field nuclear magnetic resonance; seeds; grain moisture; visualization

陳明，李金龍，李偉，等. 利用低場核磁共振進行活體玉米籽粒水分動態測試與成像[J]. 農業工程學報，2020，36(23)：285-292.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.033 http://www.tcsae.org

Chen Ming, Li Jinlong, Li Wei, et al. Dynamic testing and imaging of living maize kernel moisture using Low-Field Nuclear Magnetic Resonance (LF-NMR)[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(23): 285-292. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.033 http://www.tcsae.org

2020-08-24

2020-10-21

國家重點研發計劃（2018YFD0100201-2, 2016YFD0101201）；國家玉米產業技術體系項目（CARS-02-04）

陳明，博士生，主要從事玉米遺傳育種研究。Email：acm2638@163.com

陳紹江，教授，主要從事玉米遺傳育種研究與教學。Email：chen368@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.033

S351.5+1

A

1002-6819(2020)-23-0285-08