Visualization of Xylem Sap Flow and Freezing Behaviors in Trees Using MRI

木质部 蒸腾流 可视化 生物 生物医学工程 材料科学 植物 蒸腾作用 计算机科学 人工智能 医学 光合作用
作者
Kenji Fukuda,Masaya Ishikawa,Yasuhiko Terada,Timothy Stait‐Gardner,William S. Price
出处
期刊:Royal Society of Chemistry eBooks [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:: 315-344
标识
DOI:10.1039/9781837673452-00315
摘要

1H MRI was applied to non-invasively observe tree water responses (xylem sap flow and freezing behaviors) under stress and to study their dynamics, diversity, and mechanisms. Two compact MRI systems using 1.0 and 0.3 T permanent magnets were developed to monitor xylem embolism progression non-destructively during pine wilt disease. The 0.3 T MRI with a U-shaped RF coil visualized three-dimensional embolism development by vertically shifting the imaging position using a hand lift. The 1.0 T MRI monitored xylem embolism progression under drought in conifer and hardwood seedlings and differences in the vulnerability of xylem conduits to embolism among tree rings. Outdoor MRI enabled in situ visualization of faster xylem sap flow in current-year earlywood than in latewood vessels in a mature ring-porous tree using the q-space method. The basic principles and methodology of cryo-MRI (freezing temperature MRI) using superconducting magnets are detailed. Cryo-MRI detects the distribution/concentration of “unfrozen” water in organs, which allows visualization of organ/tissue water response/management at freezing temperatures (freezing behavior or strategy). MRI successfully imaged extraorgan freezing in winter buds and the diversity and underlying mechanisms of species-/tissue-specific freezing behaviors. MRI is a powerful tool for studying tree stress physiology at the tissue/organ level during climate change.

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