不同含油量油菜葉片不同生育期的光譜特性研究

熊 思，劉雨絲，張振乾，陳 浩，方希林，鄔賢夢

（湖南農業大學農學院，南方糧油作物協同創新中心，湖南 長沙 410128）

不同含油量油菜葉片不同生育期的光譜特性研究

熊 思，劉雨絲，張振乾，陳 浩，方希林，鄔賢夢

（湖南農業大學農學院，南方糧油作物協同創新中心，湖南 長沙 410128）

高光譜技術廣泛應用于無損檢測、品質預測及生長情況監控等方面。為找出不同含油量油菜葉片光譜特性及其差異規律，以含油量不同的甘藍型油菜近等基因系為材料，采用FieldSpec3地物波譜儀對不同生育期油菜葉片光譜進行研究。結果表明：含油量高低會影響葉片葉綠素含量，含油量較高的油菜葉片葉綠素含量較高。各生育期的三種油菜葉片具有相同的反射光譜曲線變化趨勢。不同生育期不同材料間反射率數值也有一定差異，該研究結果可用于早期篩選高油油菜。

甘藍型油菜；地物波譜儀，光譜；葉綠素

近年來，高光譜技術在農作物信息獲取的應用日益廣泛［1］，如無損檢測［2-4］、生長狀況監控［5-6］、品質分析［7］等。葉片是作物重要的生理器官，其光譜特征能很好地反映植株的生長狀況。就油菜而言，其葉片光譜特性可采用便攜式可見-近紅外光譜儀在室外研究，也可采用高光譜和高輻射分辨率來準確描述油菜光譜特征［8-9］。近幾年光譜技術飛速發展，已應用于油菜葉片及冠層的氮含量、乙酰乳酸合成酶含量、氨基酸含量等生理生化、指標的快速檢測［10-12］，但利用高光譜成像技術對油菜不同生長時期的葉片光譜特性研究還較少。

研究利用高光譜技術對不同含油量油菜葉片的不同生育期的光譜特性進行研究，以探究不同生育期葉片間光譜差異規律，為油菜育種研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為3種不同含油量的一組甘藍型近等基因系油菜，分別是309品系（含油量38%）、310品系（含油量42%）、311品系（含油量46%），由國家油料改良中心湖南分中心提供。于2014年9月29日播種，試驗在湖南農業大學耘園油菜基地進行，行距33 cm，株距15 cm，共6行，前作為水稻，土壤肥力中等。做好常規田間管理工作。

1.2 試驗方法

1.2.1 主要葉綠素測定

葉綠素測定采用SPAD 402葉綠素測定儀（日本美能達公司），在油菜苗期，蕾苔期，花期利用葉綠素測定儀測定葉片葉綠素，每個品系測20株，計算平均值。

1.2.2 主要光譜測定

光譜測定采用便攜式地物波譜儀（FieldSpec3，美國ASD公司），利用自帶光源在室內對取回的葉片進行測定，測試波段為350～2 500 nm。每個品系選擇油菜植株中等長勢的倒數第三片葉，每片葉測3次，取平均值。

2 結果與分析

2.1 甘藍型油菜各個時期葉綠素的測定

葉綠素含量是油菜重要的生理指標，與光合作用密切相關。在油菜苗期、蕾苔期、花期3個生長發育期間，利用葉綠素儀對3種不同含油量的油菜葉片進行了葉綠素含量測定，結果如圖1。

圖1 3個品系油菜各個時期SPAD值測定

由圖1可知：3個品系蕾苔期與花期葉片葉綠素均比苗期小，這可能是油菜蕾苔期與花期生育期間光照較少而導致。也有研究顯示，單一的干旱及磷素的缺乏均能降低植物葉片的葉綠素含量［13-14］。

2.2 甘藍型油菜各個時期葉片的光譜特征

2.2.1 苗期油菜葉片的光譜特征分析 按照ASD光譜儀葉片光譜測定法，在2014年11月21日對苗期油菜葉片光譜進行了測定，結果如圖2所示。

圖2 不同含油量油菜苗期葉片光譜反射率

由圖2可知，不同含油量品種油菜葉片反射率變化趨勢基本一致，而且反射率也具有明顯規律。在350～680 nm范圍內，3種不同含油量油菜反射率都相對較低，在550 nm處出現反射峰。方慧等［15］研究表明，在400～500 nm與600～700 nm之間會形成兩個低反射區，這是植物典型的光譜特征，本研究與其基本一致。在680～760 nm波段之間，油菜葉片反射率急劇上升，不同含油量品種出現差異，反射率最高的是中含油量油菜（310品系）葉面反射率，達到0.4左右，而低含油量油菜（309品系）葉面反射率最低，只在0.15左右。在760～1 350 nm，即紅外區域，油菜葉面反射率出現一個高臺階。最高的是中含油量油菜葉片反射率，達到0.87左右，第二是高含油量油菜（311品系），達到0.70左右，最低的是低含油量油菜葉片光譜反射率。

2.2.2 蕾苔期油菜葉片的光譜特征分析 按照ASD光譜儀葉片光譜測定法，在2015年1月26日對蕾苔期油菜葉片光譜進行了測定，結果如圖3所示。

圖3 不同含油量油菜蕾苔期葉片光譜反射率

由圖3可知，油菜蕾苔期與苗期的反射規律一致。最高的是低含油量油菜（309品系），達到將近0.40，最低的是中含油量油菜（310品系），只在0.25左右。在950～1 350 nm的紅外區域，低含油量油菜和中含油量油菜葉片光譜反射率都達到0.90左右，低含油量油菜比中含油量油菜略低，而高含油量油菜（311品系）葉片光譜反射率在波段950 nm處為0.35左右，在1 350 nm處達到0.79左右，比309品系和310品系略低。2.2.3 花期油菜葉片的光譜特征分析 按照ASD光譜儀葉片光譜測定法，在2015年3月11日對花期油菜葉片光譜進行了測定，結果如圖4所示。

圖4 不同含油量油菜花期葉片光譜反射率

由圖4可知，在油菜花期反射規律和油菜苗期與蕾苔期一樣，在350～680 nm范圍內，不同含油量油菜葉面反射率都較低，在550 nm處出現反射峰。在680～760 nm，油菜葉片反射率急劇上升，最高的是低含油量油菜（309品系），達到0.38，第二是中含油量油菜（310品系），達到0.29，最低的是高含油量油菜（311品系），達到0.18。與油菜苗期和蕾苔期不同的是，在950 nm處，油菜花期3種不同含油量油菜葉片反射率都達到了0.90以上，而在950～1 350 nm之間，3種不同含油量油菜葉片反射率都在0.20以下，比前兩個時期都要低很多。在1 350～1 450 nm處的紅外區域，高含油量油菜葉面反射率出現一個較小的高臺階。張雪紅等［16］研究表明，油菜進入開花期后，在可見光波段內尤其是綠光至紅光波段反射率值顯著增加，這和本研究結果相似。

綜合來看，苗期中含油量油菜反射率最大，高含油量油菜次之，低含油量油菜最小。在蕾苔期高含油量油菜反射率最大，中含油量油菜次之，低含油量油菜最小。花期在可見光波段內，低含油量油菜反射率最大，中含油量油菜次之，高含油量油菜最小。本研究表明，在不同含油量油菜葉片的反射率隨著生育期發生變化，在育種研究中可考慮根據其某個生育期反射率的大小初步判斷其是否為育種需要的材料。

3 結 論

（1）不同材料間葉片葉綠素含量不同，含油量較高的油菜葉片葉綠素含量較高。

（2）對油菜苗期、蕾苔期、花期葉片光譜進行測定，發現各個生育期的3種不同含油量油菜葉片具有相同的反射光譜曲線變化趨勢，但在不同時期的光譜特征點不同，在近紅外波段950～1 350 nm處，油菜苗期3組油菜光譜反射率高臺階幾乎都在1 350 nm處，而蕾苔期和花期在波段950 nm處就出現顯著增長。

（3）不同含油量油菜在不同時期反射率數值變化也有一定差異，苗期中含油量油菜反射率最大，在蕾苔期高含油量油菜反射率最大，花期在可見光波段內，低含油量油菜反射率最大。

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（責任編輯：肖 亮）

Study on Spectral Characteristics of Different Growth Stages of Different Oil Conten t Rape Leaves

XIONG Si，LIU Yu-si，ZHANG Zhen-qian，CHENG Hao，FANG Xi-lin，WU Xian-meng
（College of Agriculture， Hunan Agricultural University， Southem Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China，Changsha 410128， PRC）

Hyperspectral technology was widely used in non-destructive testing， quality forecasting and Growth monitoring， etc. In order to fnd the law of difference in different spectral characteristics of rape oil content leaf， this study used different oil content rape （Brassica napus） near-isogenic lines as materials to find out the law on the leaves spectral characteristics of different development stages by FieldSpec3 spectrometer. The results showed as follows： the level of chlorophyll content was effected by oil content， and high oil content of rapeseed leaf with a higher chlorophy ll content. There were three kinds of rape leaves had show the same ref ectance spectroscopy trends， while there have some differences between them on different development stages. This study could be used for screening high oil content rape on early stage.

Brassica napus； feature spectrometers； spectra； chlorophyll

S565.4

A

1006-060X（2016）09-0021-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.09.007

2016-06-27

國家自然科學基金（31201240）；湖南省科技重大專項（2014FJ1006）

熊 思（1994-），女，湖南婁底市人，本科生，農學教育專業。

張振乾