甘藍(lán)型油菜葉面積測(cè)定方法的研究

曹 櫟，趙小光，王竹云，張耀文，張文學(xué)，關(guān)周博，韓海斌

(陜西省雜交油菜研究中心，陜西 楊凌 712100)

油菜是我國(guó)食用植物油和飼用蛋白質(zhì)的最主要來源之一，近年來菜籽油約占我國(guó)食用植物油消費(fèi)量的40%，菜籽餅粕約占我國(guó)餅粕消費(fèi)量的25%[1]，常年油菜種植面積和總產(chǎn)量一直位居世界第一，約占世界的1/3[2]。然而我國(guó)食用植物油自產(chǎn)不到1000萬t，自給率約為38%，供需矛盾十分突出，從而導(dǎo)致食用植物油進(jìn)口依賴率過高[3-4]。為了保證食用油的安全供應(yīng)，國(guó)家把發(fā)展油菜生產(chǎn)作為農(nóng)業(yè)工作中的重點(diǎn)，但是近年來我國(guó)油菜雜交種的產(chǎn)量一直未有大的突破[5]，在生產(chǎn)中各種提高油菜產(chǎn)量的途徑都已發(fā)揮了作用，但產(chǎn)量提高幅度不是很明顯，因此國(guó)內(nèi)外眾多的育種專家將目光投向“高光效生理育種”這種新型育種模式[6-8]，希望通過改良作物光能利用率，調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物在各途徑中的分配，從源頭上改變產(chǎn)量停滯不前的局面。

葉片是植物進(jìn)行光合作用和蒸騰作用的重要場(chǎng)所，也是制造養(yǎng)分的重要器官[9-10]，而葉面積是決定植物光合作用產(chǎn)物量的重要因素，葉面積的大小決定著光合有效輻射的大小，反映了植物對(duì)地理分布和養(yǎng)分條件等外界因素的適應(yīng)策略[11-12]。同時(shí)，葉面積也是影響植物生長(zhǎng)、果實(shí)發(fā)育和品質(zhì)的重要生理和形態(tài)指標(biāo)[13-15]，因此建立方便、準(zhǔn)確的油菜葉面積測(cè)定方法有著極為重要的實(shí)用價(jià)值。目前測(cè)量葉面積的方法主要有方格計(jì)數(shù)法、畫紙稱重法、打孔法、葉面積儀器法、圖像處理法和系數(shù)回歸法等。由于不同植物葉片的形態(tài)差異較大，因此葉面積測(cè)定的適宜方法也不同，并且不同水平的實(shí)驗(yàn)對(duì)測(cè)量方法要求也不盡相同。已有學(xué)者在多種作物上對(duì)上述方法的測(cè)定效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)[16-19]，但關(guān)于甘藍(lán)型油菜葉面積測(cè)定方法比較的研究尚未見報(bào)道。本文采用方格計(jì)數(shù)法、打孔法、葉面積儀器法和系數(shù)回歸法對(duì)甘藍(lán)型油菜的無柄葉、短柄葉和長(zhǎng)柄葉這3種不同發(fā)育時(shí)期的功能葉片分別進(jìn)行了葉面積測(cè)定，比較各方法之間的差異，尋求適合油菜葉面積測(cè)量的最佳方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

甘藍(lán)型油菜(Brassicanapus)秦優(yōu)7號(hào)由陜西省雜交油菜研究中心提供。實(shí)驗(yàn)于2016～2017年在陜西省楊凌示范區(qū)實(shí)驗(yàn)田進(jìn)行，試驗(yàn)按隨機(jī)排列，重復(fù)3次，4行區(qū)種植，每小區(qū)面積7.2 m2。分別在苗期采取油菜的最大長(zhǎng)柄葉，在薹期采取油菜倒一短柄葉和第一無柄葉進(jìn)行測(cè)定，每種油菜葉片隨機(jī)采取15個(gè)單株進(jìn)行測(cè)定，葉片無明顯遮陰和病害。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 方格計(jì)數(shù)法 將油菜葉片置于0.5 cm×0.5 cm方格紙上，用鉛筆沿邊緣畫出葉形，然后對(duì)輪廓內(nèi)的方格進(jìn)行計(jì)數(shù)。葉面積S=方格數(shù)×0.25[20]。

1.2.2 打孔法 對(duì)鮮葉片進(jìn)行稱重，計(jì)為W，然后用直徑為1 cm的打孔器在每個(gè)葉片上均勻的選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行打孔，計(jì)算出單位重量葉面積A，葉面積S=W×A。

1.2.3 葉面積儀法 使用美國(guó)LI-COR公司的LI-3000C葉面積儀對(duì)每片葉片進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量，并記錄下各葉片的葉面積。

1.2.4 系數(shù)回歸法 測(cè)定每個(gè)葉片的最大長(zhǎng)度、最大寬度與葉片鮮重，通過方格計(jì)數(shù)法、打孔法和葉面積儀器法測(cè)得的葉面積求平均數(shù)后與葉長(zhǎng)、葉寬、葉片長(zhǎng)寬積、鮮葉重等參數(shù)進(jìn)行回歸分析[21]。

1.2.5 數(shù)據(jù)的整理與計(jì)算 數(shù)據(jù)利用Excel 2003軟件進(jìn)行初步整理，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同葉面積測(cè)定方法比較

通過方格計(jì)數(shù)法、打孔法、葉面積儀法分別對(duì)甘藍(lán)型油菜的3種功能葉片進(jìn)行了測(cè)定，并用SPSS 19.0對(duì)每種葉片的不同方法進(jìn)行了差異顯著性分析，結(jié)果如表1所示。可以看出，無柄葉、短柄葉和長(zhǎng)柄葉通過3種方法測(cè)定的結(jié)果均無顯著性差異。相關(guān)性分析表明，3種方法測(cè)定結(jié)果的相關(guān)系數(shù)都在0.99以上，說明這3種方法均可作為甘藍(lán)型油菜不同發(fā)育時(shí)期功能葉片葉面積的精準(zhǔn)測(cè)定方法。

表1 不同功能葉的葉面積測(cè)定方法比較

注：大、小寫字母不同代表差異達(dá)到顯著或極顯著水平。下同。

2.2 不同功能葉的系數(shù)回歸法分析

分別測(cè)定3種功能葉的葉長(zhǎng)、葉寬、鮮葉重等參數(shù)，結(jié)果如表2所示。可以看出，除了無柄葉和短柄葉的長(zhǎng)寬積不存在顯著性差異，3種功能葉的其他參數(shù)均存在顯著差異。無柄葉由于發(fā)育時(shí)間較短，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累較少，所以鮮葉重最低，而長(zhǎng)柄葉不僅葉面積最大，而且發(fā)育時(shí)期較長(zhǎng)，所以鮮葉重遠(yuǎn)大于無柄葉和長(zhǎng)柄葉。無柄葉的長(zhǎng)寬比為3.73，而短柄葉和長(zhǎng)柄葉分別為1.21和1.04，說明無柄葉從外形上和其他2種功能葉差異較大，比較狹長(zhǎng)。

表2 不同功能葉的葉片參數(shù)

將3種功能葉的每個(gè)葉片通過方格計(jì)數(shù)法、打孔法、葉面積儀法測(cè)得的葉面積值求平均值，然后與各自的葉長(zhǎng)、葉寬、長(zhǎng)寬積和鮮葉重等參數(shù)進(jìn)行回歸分析。從圖1～圖3可以看出，3種功能葉的葉面積與各自的葉長(zhǎng)、葉寬、長(zhǎng)寬積和鮮葉重均呈正相關(guān)。在回歸曲線中，R2值越高，表明回歸曲線上的估計(jì)值與實(shí)測(cè)數(shù)值之間的擬合度越高。在無柄葉中，各葉片參數(shù)與葉面積的擬合度大小依次為長(zhǎng)寬積﹥?nèi)~長(zhǎng)﹥?nèi)~寬﹥鮮葉重(圖1)；在短柄葉中，各葉片參數(shù)與葉面積的擬合度大小依次為長(zhǎng)寬積﹥鮮葉重﹥?nèi)~長(zhǎng)﹥?nèi)~寬(圖2)；在長(zhǎng)柄葉中，各葉片參數(shù)的與葉面積的擬合度大小依次為長(zhǎng)寬積﹥?nèi)~長(zhǎng)﹥鮮葉重﹥?nèi)~寬(圖3)。從上述結(jié)果可以看出，在4個(gè)葉片參數(shù)中，葉片的長(zhǎng)寬積最能反映出葉面積的變化趨勢(shì)，通過該回歸曲線可以快速而準(zhǔn)確地計(jì)算出甘藍(lán)型油菜不同發(fā)育時(shí)間功能葉的葉面積。

3 結(jié)論

本研究首次在甘藍(lán)型油菜上使用方格計(jì)數(shù)法、打孔法、葉面積儀法3種方法直接測(cè)定不同時(shí)期功能葉片的葉面積，并通過不同葉片參數(shù)與葉面積進(jìn)行了回歸分析，確定了各功能葉在系數(shù)回歸法測(cè)定葉面積時(shí)的最佳葉片參數(shù)。通過分析可以看出，方格計(jì)數(shù)法、打孔法和葉面積儀法均能精確地測(cè)定出不同發(fā)育時(shí)期的葉片面積，且3種方法均無顯著差異，結(jié)果比較可靠。然而方格計(jì)數(shù)法操作比較費(fèi)時(shí)和復(fù)雜，不適宜在田間進(jìn)行測(cè)定；打孔法需要將葉片采摘下來進(jìn)行離體測(cè)定，常會(huì)對(duì)植株造成損傷，影響后續(xù)的實(shí)驗(yàn)，且打孔時(shí)需要盡量避開葉脈來減小實(shí)驗(yàn)誤差；葉面積儀法對(duì)葉片性狀有一定的限制，對(duì)于卷曲的葉片難以準(zhǔn)確測(cè)定，且不方便長(zhǎng)時(shí)間攜帶該儀器在田間進(jìn)行操作。在育種工作中，常需要大量地測(cè)定作物的葉片面積，且大部分實(shí)驗(yàn)在田間開展，從而給以上3種方法的測(cè)定帶來很大的困難。系數(shù)回歸法很好地解決了育種上測(cè)定葉面積時(shí)“量”與“質(zhì)”的問題，僅需簡(jiǎn)單測(cè)量多個(gè)葉片參數(shù)，通過回歸曲線快速而準(zhǔn)確的在大田條件下得到作物的葉面積，從而為育種工作提供大量的原始數(shù)據(jù)。

圖1 無柄葉的葉面積與葉片參數(shù)的回歸分析

圖2 短柄葉的葉面積與葉片參數(shù)的回歸分析

圖3 長(zhǎng)柄葉的葉面積與葉片參數(shù)的回歸分析

王家保等[22]根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，在利用系數(shù)回歸法測(cè)量葉面積時(shí)，不同的種樹其應(yīng)選擇的葉片參數(shù)不盡相同。所以在通過系數(shù)回歸法測(cè)量甘藍(lán)型油菜葉面積時(shí)，不同功能葉選擇葉片參數(shù)也不一定相同，這需要在試驗(yàn)前針對(duì)不同葉片建立回歸模型，從而選擇出最能反映其實(shí)際葉面積的葉片參數(shù)。Uzokwe等[23]的研究表明，葉片的長(zhǎng)寬積是系數(shù)回歸法測(cè)量葉面積的最佳葉片參數(shù)，這與本研究的結(jié)果相一致。在本實(shí)驗(yàn)中，無柄葉、短柄葉和長(zhǎng)柄葉3種功能葉的最佳葉片參數(shù)均為葉片的長(zhǎng)寬積，R2值都在0.95以上，與葉面積的擬合度較高。隨著我國(guó)油菜產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，傳統(tǒng)的育種模式逐漸與新技術(shù)結(jié)合，葉面積作為反映作物光合性能的一個(gè)重要指標(biāo)，其測(cè)定方法將在高光效育種與生理研究中得到更為廣泛的應(yīng)用。