牛保君

摘要：為了尋求方便、快捷、準(zhǔn)確的測(cè)定胡麻葉面積的方法，試驗(yàn)采用PS測(cè)定法，系數(shù)測(cè)定法和本試驗(yàn)研究測(cè)定過(guò)程中基于米格法和干重法的技術(shù)原理，總結(jié)創(chuàng)新的“米格印相法”三種方法，在胡麻葉面積的測(cè)定研究中對(duì)其優(yōu)劣性、準(zhǔn)確性、快捷性和可操作性等進(jìn)行了比較和分析。結(jié)果表明：“米格印相法”和PS測(cè)定法、系數(shù)測(cè)定法測(cè)定的結(jié)果存在極顯著線性相關(guān)。這三種方法都能較準(zhǔn)確的測(cè)得胡麻的葉面積。而“米格印相法”更具準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單快捷和實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，是類(lèi)似于胡麻小、多葉片作物葉面積測(cè)定中容易普及和推廣的一種新方法。并用該法求得胡麻長(zhǎng)寬求積法的校正系數(shù)為0.80.

關(guān)鍵詞： 胡麻;葉面積;米格印相法;PS法;系數(shù)法

前 言

葉片是光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，是制造營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的“綠色工廠”，是蒸騰作用的媒介，它不僅是植物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成和品種特性重要指標(biāo)，也是對(duì)作物進(jìn)行合理的栽培管理以及病蟲(chóng)害發(fā)生發(fā)展監(jiān)測(cè)的重要手段，因此葉面積是生理生化、遺傳育種、作物栽培等方面研究所要經(jīng)?？紤]的內(nèi)容。近年來(lái)，植物葉特性與環(huán)境的定量關(guān)系受到越來(lái)越多的關(guān)注。

葉是植物與環(huán)境接觸面積最大的器官，其特性的變化被認(rèn)為是對(duì)特定環(huán)境的適應(yīng)性表現(xiàn)，并且這些特性在植物碳的同化、水分關(guān)系和能量平衡方面有重要作用。建立方便、快速、準(zhǔn)確的葉面積測(cè)定方法，對(duì)于調(diào)整群體結(jié)構(gòu)、充分利用光熱資源，合理栽培作物以獲得高產(chǎn)高效有重要的意義。

作物栽培學(xué)上常見(jiàn)的測(cè)定葉面積的方法有：葉面積儀法、印相重量測(cè)定法、剪紙稱(chēng)重法、干重法、打孔測(cè)定法、排水量測(cè)定法和系數(shù)測(cè)定等7種。這7種傳統(tǒng)的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

因此，我們集多法之長(zhǎng)，設(shè)計(jì)了兩種簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的測(cè)定方法：“米格印相法”和PS測(cè)定法，通過(guò)試驗(yàn)探索兩種方法的準(zhǔn)確性，為小葉多葉片作物葉面積測(cè)定提供方法參考。本試驗(yàn)利用相對(duì)簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的“米格印相法”和PS測(cè)定法預(yù)求得胡麻品種“隴亞雜1號(hào)”的葉面積校正系數(shù)，為采用系數(shù)法測(cè)定胡麻葉面積提供參數(shù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的隴亞雜1號(hào)胡麻品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在胡麻各重要生育時(shí)期選取具有代表性的3株胡麻，分別運(yùn)用“米格印相法”、PS測(cè)定法和系數(shù)測(cè)定法，對(duì)全株的葉片用上述方法分別測(cè)定其葉面積，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)比較分析。

1.3 測(cè)定內(nèi)容及方法

1.3.1 生育時(shí)期記錄

在胡麻生長(zhǎng)期內(nèi)記錄各處理的生育時(shí)期。各生育時(shí)期確定標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）苗期：苗生長(zhǎng)至5cm高度的時(shí)期，以日/月表示。

（2）分莖期：全區(qū)分莖植株占全部植株的50%以上。

（3）現(xiàn)蕾期：全區(qū)有50%植株出現(xiàn)花蕾。

（4）盛花期：全區(qū)二級(jí)分支的開(kāi)花數(shù)占全部植株開(kāi)花數(shù)的50%以上。

（5）成鈴（青果）期：以行為單位，二級(jí)分支的成鈴數(shù)占全部植株成鈴數(shù)50%以上。

1.3.2 葉面積的測(cè)定

運(yùn)用“米格印相法”、PS測(cè)定法、系數(shù)測(cè)定法分別測(cè)定同一樣本的胡麻葉面積。

2 結(jié)果分析

2.1“米格印相法”產(chǎn)生的背景

栽培學(xué)中，葉面積的測(cè)定方法有很多種。從最初的剪紙稱(chēng)重法、打孔測(cè)定法到后來(lái)的印相重量測(cè)定法、米格法再到葉面積儀測(cè)定法，各種方法層出不窮，但直到現(xiàn)在各自的缺點(diǎn)也沒(méi)有得到有效改善。

胡麻葉片較窄，傳統(tǒng)的打孔測(cè)定法不適用;排水量測(cè)定法在實(shí)際大田測(cè)定中較繁瑣，所需的量筒等玻璃儀器攜帶不方便;印相稱(chēng)重測(cè)定法對(duì)光有嚴(yán)格要求，特別是氨水?dāng)y帶很不方便;系數(shù)測(cè)定法也是一種經(jīng)典的測(cè)定方法，關(guān)鍵在于確定校正系數(shù)，但胡麻是近年來(lái)才深入研究的作物，沒(méi)有這方面的數(shù)據(jù)可供參考。剪紙稱(chēng)重法、干重法和米格法都需要繪制葉片，這三種方法如果操作仔細(xì)是能較準(zhǔn)確的測(cè)定葉面積。

在實(shí)際測(cè)定胡麻葉面積的過(guò)程中，開(kāi)始采用米格法進(jìn)行測(cè)定。但是在繪制葉片時(shí)因氣溫、濕度等的影響，葉片很快就萎蔫皺縮，而且葉片較草質(zhì)化，邊沿不能較好的確定，致使畫(huà)出的葉片面積比實(shí)際的面積偏大。并且葉片容易粘在手上，指頭一動(dòng)邊沿就偏離原來(lái)的位置更無(wú)法畫(huà)準(zhǔn)確。這使得以上三種方法都無(wú)法較準(zhǔn)確的測(cè)定胡麻的葉面積。之后又花很大資金采用葉面積儀法測(cè)定，但是胡麻的葉片小而多，在往葉面積儀上鋪葉片時(shí)工作量很大，往往會(huì)因呼吸或是自然風(fēng)把葉片吹亂重疊。再者葉面積儀對(duì)光的要求也較嚴(yán)格，光強(qiáng)常常達(dá)不到或超過(guò)儀器所需強(qiáng)度。在各條件滿足后顯示的葉面積數(shù)據(jù)也不確定，其變動(dòng)在8cm左右。后來(lái)參考肖強(qiáng)、葉文景等利用數(shù)碼相機(jī)和Photoshop軟件來(lái)測(cè)定葉面積的方法，掃描葉片，用Photoshop軟件來(lái)處理，其要求有一定的Photoshop軟件處理技術(shù)。在實(shí)際處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，將全體單個(gè)葉片的面積累加起來(lái)大于一次性選定全部葉片的面積，偏大4.96%。測(cè)定結(jié)果還是不理想。若能準(zhǔn)確繪制葉片再結(jié)合幾種方法的原理和優(yōu)點(diǎn)，肯定能方便、快捷、準(zhǔn)確的測(cè)定胡麻的葉面積。基于此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種全新的針對(duì)于類(lèi)胡麻小、多葉片作物的葉面積測(cè)定方法，暫定名為“米格印相法”。

2.2 測(cè)定方法的原理與步驟

2.2.1 “米格印相法”

2.2.1.1 測(cè)定原理

米格法直接讀出欲測(cè)樣的準(zhǔn)確面積，精確度取決于最小米格的單位面積。

植物葉片的一定面積對(duì)應(yīng)一定的重量，即干重法的測(cè)定原理。

2.2.1.2 測(cè)定步驟

（1）取標(biāo)準(zhǔn)樣

在試驗(yàn)期內(nèi)每小區(qū)中選取具有代表性的葉片完好的胡麻3株，每小區(qū)重復(fù)3次。取樣時(shí)間在上午8：00—9：00，此時(shí)露水已干，葉片鮮嫩，葉面也完全展開(kāi)，便于后續(xù)試驗(yàn)操作。

（2）復(fù)印葉片

每次將取來(lái)完好無(wú)損的標(biāo)準(zhǔn)植株的全部葉片依次整齊排在復(fù)印機(jī)的玻璃屏上。再將標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算紙小心覆在葉片上（勿使葉片重疊，計(jì)算紙正面向下）進(jìn)行復(fù)印。復(fù)印結(jié)果如圖1。

（3）烘干稱(chēng)重標(biāo)準(zhǔn)樣

收集被復(fù)印的植株葉片，在105℃下鼓風(fēng)先烘30min殺青。然后在85℃下烘48h，冷卻至室溫下稱(chēng)量干重（w）。

（4）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)葉片面積

將復(fù)印好的胡麻的葉片圈在最小的矩形里（如圖2）。算出矩形的面積。再數(shù)出小正方形的個(gè)數(shù)（小于半格舍掉，大于半格的算一格）計(jì)算面積做差，得出胡麻葉片的面積（a）。

（5）烘干稱(chēng)重預(yù)測(cè)樣

將待測(cè)全部葉片，在105℃下鼓風(fēng)烘30min殺青。再在85℃下鼓風(fēng)烘48h，冷卻至室溫稱(chēng)量其質(zhì)量（W）。

（6）測(cè)出以上數(shù)據(jù)后按下式即可求得葉面積

2.3 PS法測(cè)定法

2.3.1 PS法的測(cè)定原理

求不規(guī)則圖形的面積用到的理念的就是積分，也就是將圖形無(wú)限的細(xì)分，而實(shí)際上所謂的像素就是這個(gè)很小的元素，所以在Photoshop里面所謂的面積就是包含了多少的像素。再按照不規(guī)則圖形的像素所占比例求出其面積。

2.3.2 測(cè)定步驟

（1）掃描葉片：將被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)葉片排于掃描儀上掃描成圖片。

（2）選擇區(qū)域：用“魔術(shù)棒”工具。為了保證選擇精確，可將“容差”值設(shè)為0，并取消“消除鋸齒”項(xiàng)的選擇。

（3）計(jì)算面積：選取圖形以后，單擊“窗口”菜單“直方圖”選項(xiàng)，打開(kāi)直方圖窗口，在其下拉菜單，單擊選擇“擴(kuò)展視圖”，會(huì)出現(xiàn)詳細(xì)信息。“像素”后的數(shù)據(jù)即所選區(qū)域包含的像素個(gè)數(shù)。然后取消選擇，記下“像素”后的數(shù)據(jù)。此為這個(gè)圖片的像素個(gè)數(shù)。再執(zhí)行 “圖像 → 圖像大小”，便可查看到整個(gè)圖片的長(zhǎng)度和寬度 。再根據(jù)像素?cái)?shù)的比例，就能求出選取區(qū)域的面積。

2.4 利用“米格印相法”測(cè)定胡麻葉面積的校正系數(shù)結(jié)合系數(shù)法求得葉面積

選取同一胡麻植株的全部葉片，用“米格印相法”準(zhǔn)確測(cè)得葉長(zhǎng)、最大葉寬和葉面積，求得校正系數(shù)為0.80。

試驗(yàn)用“米格印相法”測(cè)得校正系數(shù)，利用系數(shù)法計(jì)算胡麻盛花期和成鈴期的葉面積。

2.5? 三種方法測(cè)定的胡麻葉面積相關(guān)性分析

2.5.1 盛花期、成鈴期不同測(cè)定方法測(cè)得的葉面積相關(guān)性分析

3種方法測(cè)得的葉面積的絕對(duì)值非常接近，其中59個(gè)被測(cè)葉片面積的平均值分別為1.806㎝、1.814㎝和1.807㎝，“米格印相法”與PS法、系數(shù)法以及PS法與系數(shù)法所測(cè)定的葉面積相關(guān)性系數(shù)分別為0.9786、0.9767和0.9757（如圖3），三種測(cè)定方法都達(dá)極顯著水平。綜合考慮，“米格印相法”是測(cè)定胡麻葉面積最好的方法，優(yōu)于其它兩種方法，而PS法又優(yōu)于系數(shù)法。對(duì)成鈴期樣本做上述同樣測(cè)定，所得結(jié)論和盛花期的一致。

3 討論

3.1? 7種傳統(tǒng)葉面積測(cè)定方法的比較，如表1

由表1可知，傳統(tǒng)的7種測(cè)量方法都能測(cè)定胡麻的葉面積。但是各種方法在測(cè)定胡麻這樣小葉多葉片植物葉面積時(shí)都有各自致命的缺點(diǎn)：葉面積儀測(cè)定法需要的儀器設(shè)備一般價(jià)格比較昂貴，測(cè)定較為耗時(shí)而且對(duì)光的要求特別苛刻;印相稱(chēng)重法是經(jīng)典的測(cè)定方法，但在植物生長(zhǎng)后期葉面積較大時(shí)測(cè)定費(fèi)力又耗時(shí)，在大田實(shí)驗(yàn)中要求太高操作繁瑣;剪紙稱(chēng)重法簡(jiǎn)單易行，但對(duì)于精確描繪葉片和剪紙的要求很高;干重法效率高，只要樣品面積準(zhǔn)確，按要求烘干，精確度也較高，但準(zhǔn)確測(cè)定樣品面積的難題又歸結(jié)到剪紙稱(chēng)重法的問(wèn)題當(dāng)中;打孔稱(chēng)重法則是基于相近葉位葉片的比葉重（單位面積葉片質(zhì)量）相對(duì)恒定的原理，通過(guò)測(cè)定采樣區(qū)植物葉片干重和極少量葉片比葉重來(lái)計(jì)算葉面積的方法，采用打孔稱(chēng)重法可以大大地降低工作量，但是，對(duì)于像胡麻這樣小葉多葉片作物此法與排水量測(cè)定法則顯然不合適;應(yīng)用長(zhǎng)寬校正法時(shí)，需要在測(cè)定不同品種的胡麻所需的校正系數(shù)后才能獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果;但是關(guān)于胡麻的研究報(bào)道相對(duì)較少，其葉面積校正系數(shù)沒(méi)有確定的范圍可供參考。

為此我們?nèi)∫陨?種傳統(tǒng)方法的優(yōu)點(diǎn)和相關(guān)原理設(shè)計(jì)出了“米格印相法”，用PS測(cè)定法和系數(shù)測(cè)定法做相關(guān)對(duì)照，驗(yàn)證“米格印相法”法的準(zhǔn)確性和優(yōu)劣性。

3.2? 本試驗(yàn)所選三種方法優(yōu)劣性的比較討論

圖像處理軟件Photoshop擁有選區(qū)選擇工具和顏色范圍選取工具，可以任意選取葉片特定區(qū)域，為解決植物葉面受到環(huán)境脅迫、病害和昆蟲(chóng)破壞部位的定量分析提供了可能。PS測(cè)定法建立在計(jì)算機(jī)圖像處理基礎(chǔ)上，廣泛適用于闊葉植物葉面積測(cè)定，便于精確測(cè)定不規(guī)則葉片的面積，尤其對(duì)于植物突變株生長(zhǎng)情況研究具有特殊價(jià)值。肖強(qiáng)、葉文景等就利用數(shù)碼相機(jī)和Photoshop軟件進(jìn)行了非破壞性測(cè)定，說(shuō)明數(shù)字圖像測(cè)定法適用于植物葉面積的測(cè)定。在實(shí)際測(cè)定葉少、大小中等的作物葉片（如小麥等）或一些林木類(lèi)中等大小葉片（如蘋(píng)果，梨等）時(shí)誤差較小也較方便，但對(duì)于像胡麻這樣小葉多葉片植物在測(cè)定葉面積時(shí)不僅工作量大而且因?yàn)楣獾拳h(huán)境的影響和圖像處理時(shí)人為因素都會(huì)使誤差增大。而且我們?cè)趯?shí)際測(cè)定過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，測(cè)得的全部單個(gè)葉片面積的總和大于一次性測(cè)得的葉面積值，其誤差原因尚不清楚。

胡麻是近年來(lái)才致力深入研究的作物，其能查閱的參數(shù)很少。用葉片的長(zhǎng)度和最大寬度乘積與葉片實(shí)際面積之間的線性關(guān)系確定的系數(shù)稱(chēng)葉面積系數(shù)，葉面積系數(shù)=葉面積÷（葉長(zhǎng)×葉最大寬）。葉面積系數(shù)受葉形的制約，而葉形又受控于幾對(duì)等位基因、光周期和溫度。因此不同的品種、葉齡和環(huán)境的葉片具有不同的葉面積系數(shù)。Bryan和Mullinix用NC2326研究認(rèn)為，葉面積系數(shù)在不同年份間有輕微變化，但在同一年內(nèi)基本保持穩(wěn)定。系數(shù)測(cè)定法優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)損傷活體跟蹤測(cè)定，不足在于同一作物不同品種的葉面積系數(shù)的變化差異也很明顯，針對(duì)這種差異朱德峰等提出了用葉片平均寬度和最大寬度的比值來(lái)校正不同品種間系數(shù)的差異，冉邦定提出用葉片長(zhǎng)寬比值與葉面積系數(shù)之間的線性關(guān)系來(lái)校正葉面積系數(shù)，兩種方法的結(jié)果與實(shí)際葉面積顯著相關(guān)。在實(shí)際操作中雖然該法計(jì)算較簡(jiǎn)單，但工作量大，使用器材少，卻測(cè)定繁瑣。

“米格印相法”可用于對(duì)小葉多葉片植株葉面積的測(cè)量。其克服了傳統(tǒng)測(cè)定方法中“葉面積儀法”和“印相重量測(cè)定法”對(duì)光的苛刻要求，減小了“剪紙稱(chēng)重法”和“干重法”在畫(huà)葉片時(shí)將葉片放大的系統(tǒng)誤差。理論上精確度不及PS法，但在實(shí)際測(cè)定中影響因素少，復(fù)印的單片葉面積準(zhǔn)確，不存在因比例尺的誤差而導(dǎo)致結(jié)果誤差成倍增加。其特別對(duì)小葉多葉片植物葉面積的測(cè)定有其它方法不可替代的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)上面的測(cè)定步驟可以看出，其實(shí)際操作簡(jiǎn)單、測(cè)定速度快、工作量較小、對(duì)條件要求也不苛刻。測(cè)得的葉面積值更趨近于真實(shí)值。

綜上所述，“米格印相法”是測(cè)定胡麻葉面積的最優(yōu)方法。

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