小麦低冠层温度特性以及最近发现的叶片逆向衰老现象具有明显的增产潜力,其水分和糖分转运机制有待于进一步深入揭示。本研究灵活运用多种核磁共振技术,充分发挥其无损和非接触检测方式的优势,建立了新的水分含量、叶片生理活性以及茎水溶性糖含量的活体检测方法,从水分和糖分分布的角度阐明了不同冠层温度特性小麦叶片和茎在灌浆过程中的协同变化规律,揭示了逆向衰老小麦旗叶和倒2叶（合称为“顶二叶”）作为灌浆中心的角色转换机制以及与之相应的茎水溶性糖贮存库活化规律,丰富和深化了小麦灌浆理论,为小麦育种提供了重要理论依据。本研究的主要结果包括:1.核磁共振T2弛豫谱技术在解析小麦水分状态方面具有检测快速、准确、无损非接触以及能够有效区分不同组织水等优点:T2弛豫谱幅度与小麦叶片、茎秆以及籽粒的水分含量呈极显著线性关系,各器官的T2弛豫谱具有多组分特征,其中小麦茎秆的T2弛豫谱具有较好的分离度。对小麦茎的T2弛豫谱进行微区定位分析推测,T2,s组分主要源自薄壁细胞水;而T2,1组分包括薄壁细胞水和维管束水;2.小麦叶片的核磁共振弛豫特性与其生理活性密切相关,核磁共振T2弛豫谱、磁共振T1加权成像以及T2加权成像可有效评估叶片的衰老态势:叶片从衰老初期至降解期,平均T2弛豫时间持续增大,进入衰亡期后平均T2弛豫时间和T2弛豫谱幅度锐减。磁共振T1加权图像和T2加权图像直观呈现了叶片的生理状态,衰老初期叶片的T1加权图像信号强度开始逐渐减小,但T2加权图像信号有所增加;降解期叶片的T1加权图像和T2加权图像的信号强度均明显减小;T2加权成像难以探测到衰亡叶片的信号;3.小麦茎的水溶性糖含量有较大的品种间差异,通过平均T2弛豫时间难以对水溶性糖含量进行精确定量;但同一小麦品种的水溶性糖含量与平均T2弛豫时间成负相关关系,核磁共振T2弛豫谱活体检测可定性反映小麦茎的水溶性糖动态变化;4.多种基于核磁共振参数的生物膜透水率模型被陆续提出,但通过一种核磁共振检测难以确定模型中的所有参数,本研究有机结合几种核磁共振检测方法,实现了水培植株的根系生物膜透水率的无损解析:即通过T2弛豫谱、磁共振T2成像以及核磁共振D-T2二维相关联谱检测,获取弛豫理论和扩散理论的多个参数,最终解析出液泡膜透水率和细胞膜透水率,二者分别反映了植物根系细胞水分状态的不同方面;5.小麦冠层温度反映了其蒸腾活性,冠层温度较低的小麦表现出较高的产量和较强的耐旱性。本研究采用核磁共振和磁共振成像方法对小麦的水分运输、叶片持绿功能期以及茎水溶性糖贮存量等方面进行分析,发现冠层温度较低的小麦（冷型小麦）不仅蒸腾活性高,而且叶片持绿功能期较长,茎的水溶性糖贮存容量较大。在这三个因素的影响下,灌浆早中期的冷型小麦叶片光合活性较高,叶片的即时光合产物能够及时载出;叶片逐渐衰败后较大的茎的水溶性糖库容被活化,延续了高灌浆速率水平,最终表现出高产;6.近年来发现有些冷型小麦品种中存在一定比例的叶片衰老顺序异常（简称为“逆向衰老”）现象。这种衰老模式与人们熟知的小麦叶片按叶龄自下而上衰老截然不同,该类小麦的产量相对于一般冷型小麦更高。本研究结合核磁共振检测和生理生化检测,综合考察了旗叶、倒2叶以及穗下茎、倒2节间茎的水分状态和糖分分布,发现逆向衰老小麦的叶片的光合即时产物含量高,茎的水溶性糖库容大而且活化较晚,说明逆向衰老顶二叶的综合持绿功能期长,灌浆速率快且灌浆过程较持久。