小麦籽粒的灌浆过程是最终产量形成的重要过程,籽粒灌浆的优劣不仅决定着籽粒产量的高低,同样也会对小麦的品质产生影响。因此小麦灌浆过程的机理研究对于增加小麦单产、提高小麦品质来说尤其重要,而灌浆过程的水分变化是其中的关键环节。土壤水分是影响小麦灌浆的重要环境因素,土壤水分亏缺将影响根系生长及叶片的光合性能从而对籽粒灌浆过程产生阻碍。常规研究方法的局限性使得对整个灌浆过程中小麦各器官的水分动态变化的研究鲜有报道。传统的烘干称重的检测方法虽然简单易行,但是具有破坏性,不能准确反映活体小麦的叶片、麦穗水分对土壤水分变化的实时响应。本研究利用核磁共振检测的无损特性,结合T2弛豫检测以及核磁共振质子密度加权成像方法,研究了冬小麦灌浆过程的水分变化,初步探讨了土壤水分对小麦灌浆速率和最终产量的影响,以期为小麦的节水灌溉以及抗旱性研究提供新的方法和依据。同时,玉米是我国主要的粮食作物,同时也是重要的饲料作物和经济作物。种子萌发在玉米繁衍和丰产方面具有非常重要的意义。玉米种子萌发的好坏将直接影响植株后期生长的优劣,而水分又是种子萌发不可缺少的触发条件,研究玉米种子萌发的吸水过程和内部代谢状态,将有助于确定种子的发芽能力。然而,现有的种子萌发过程研究大都是基于数量统计的种子发芽率研究,有关种子内部的水分分布及动态运移过程的研究还很少。本研究综合核磁共振T2弛豫检测及核磁共振T1加权成像结果,总结玉米种子萌发过程中水分的分布规律,初步探讨玉米种子的吸水模式,以期为玉米种子萌发过程研究及玉米育种栽培提供理论依据。本研究主要得到以下结论:(1)水分含量与核磁共振T2弛豫谱幅度成正比,通过检测T2弛豫谱幅值可以较为准确地计算出被检测样品的水分含量。可以根据T2弛豫谱特性将麦穗中的水分划分为结合水(1 ms<T2<15 ms)、半结合水(15 ms<T2<100 ms)和自由水(T2>100 ms)这3个不同的相态。(2)由核磁共振T2弛豫谱结果分析,在小麦灌浆过程中,麦穗中不同相态的水分都表现为先增大后减小的特点,但是各种相态水分的变化步调并不一致。麦穗的结合水含量A21随籽粒干物质的增加而持续增大,直到腊熟期结束时结合水才达到最大值,在此之后由于籽粒中结合水随着呼吸作用的消耗而略有减少。在籽粒干重的快增期(15~27days after anthesis,or dpa),尽管此时籽粒中干物质积累十分迅速,但总水分含量A0仅仅比最大值减少了十分之一,在灌浆趋于尾声时A0才急剧减小。核磁共振质子密度加权成像研究揭示了小麦灌浆过程的水分分布规律,结果显示靠近果皮的胚乳水分比中心胚乳的水分先减少,并且籽粒靠上部分比靠下部分的水分先减少,说明胚乳外周以及籽粒上部先积累淀粉,即在灌浆过程中,灌浆物质积累的顺序是由外向内,自上而下的。(3)小麦灌浆期内的土壤水分亏缺会使叶片功能期缩短,叶片的衰老速度加剧。花后土壤干旱在小麦灌浆的不同时期有不同的影响。在小麦灌浆早期,土壤水分亏缺能够促进营养器官中的贮存物质向小麦籽粒中转运,使得籽粒初始灌浆过程加速;但在小麦灌浆中后期,土壤水分亏缺会使灌浆速率先于水分充足时下降,灌浆持续时间较短,干物质积累总量也明显较少。麦穗的T2弛豫结果显示其水分含量变化曲线呈“钟型”,籽粒的最大水分含量与最终籽粒重量呈正相关关系。土壤水分含量越高,籽粒的最大水分含量值越大,单穗籽粒重量越大。(4)玉米萌发过程可划分为吸胀、萌动、发芽三个阶段,其中种子吸水0~18 h为吸胀阶段,在此阶段种子吸水率迅速增大,体积随之增大;种子吸水18~56 h为萌动阶段,在萌动早期种子吸水出现8 h左右的平台期,吸水率增幅很小,随后吸水率继续上升;种子吸水56~124 h为发芽阶段,吸水率达到51%时萌发开始,随后胚芽突破种皮,在此期间种子要大量水分维持自身旺盛的代谢活动,吸水率出现波动式上升。玉米种子的吸水膨胀,并不是由外向内均匀进行的。吸水滞缓期之前(0~28 h),水分大量从种子发芽口进入胚中,但是水分并未立即向胚乳中扩散,胚乳的水分含量基本不变;种子吸水28 h之后,胚乳的水分含量才逐渐升高。与此同时,种皮虽然也吸收水分,但是并不向种子内部运输,它不仅阻碍胚根、胚芽的生长,而且限制了水分向胚乳中扩散。总之,核磁共振技术因其无损、非侵入的检测优势实现了传统方法无法做到的活体作物水分分布的定量检测,能够连续监测冬小麦灌浆过程中各器官水分的变化规律以及萌发过程中玉米种子萌发过程中的吸水模式,为研究玉米种子萌发控制、冬小麦灌浆特性以及玉米种子萌发控制提供科学方法和理论依据。