甘藍型油菜葉面積測定方法的研究

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食用植物油消費量的40%，菜籽餅粕約占我國餅粕消費量的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)致食用植物油進口依賴率過高[3-4]。為了保證食用油的安全供應(yīng)，國家把發(fā)展油菜生產(chǎn)作為農(nóng)業(yè)工作中的重點，但是近年來我國油菜雜交種的產(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。

葉片是植物進行光合作用和蒸騰作用的重要場所，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，葉面積也是影響植物生長、果實發(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)確的油菜葉面積測定方法有著極為重要的實用價值。目前測量葉面積的方法主要有方格計數(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，因此葉面積測定的適宜方法也不同，并且不同水平的實驗對測量方法要求也不盡相同。已有學(xué)者在多種作物上對上述方法的測定效果進行了評價[16-19]，但關(guān)于甘藍型油菜葉面積測定方法比較的研究尚未見報道。本文采用方格計數(shù)法、打孔法、葉面積儀器法和系數(shù)回歸法對甘藍型油菜的無柄葉、短柄葉和長柄葉這3種不同發(fā)育時期的功能葉片分別進行了葉面積測定，比較各方法之間的差異，尋求適合油菜葉面積測量的最佳方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

甘藍型油菜(Brassicanapus)秦優(yōu)7號由陜西省雜交油菜研究中心提供。實驗于2016～2017年在陜西省楊凌示范區(qū)實驗田進行，試驗按隨機排列，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柄葉，在薹期采取油菜倒一短柄葉和第一無柄葉進行測定，每種油菜葉片隨機采取15個單株進行測定，葉片無明顯遮陰和病害。

1.2 試驗方法

1.2.1 方格計數(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，然后對輪廓內(nèi)的方格進行計數(shù)。葉面積S=方格數(shù)×0.25[20]。

1.2.2 打孔法 對鮮葉片進行稱重，計為W，然后用直徑為1 cm的打孔器在每個葉片上均勻的選取5個點進行打孔，計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LI-COR公司的LI-3000C葉面積儀對每片葉片進行單獨測量，并記錄下各葉片的葉面積。

1.2.4 系數(shù)回歸法 測定每個葉片的最大長度、最大寬度與葉片鮮重，通過方格計數(shù)法、打孔法和葉面積儀器法測得的葉面積求平均數(shù)后與葉長、葉寬、葉片長寬積、鮮葉重等參數(shù)進行回歸分析[21]。

1.2.5 數(shù)據(jù)的整理與計算 數(shù)據(jù)利用Excel 2003軟件進行初步整理，用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同葉面積測定方法比較

通過方格計數(shù)法、打孔法、葉面積儀法分別對甘藍型油菜的3種功能葉片進行了測定，并用SPSS 19.0對每種葉片的不同方法進行了差異顯著性分析，結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，無柄葉、短柄葉和長柄葉通過3種方法測定的結(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型油菜不同發(fā)育時期功能葉片葉面積的精準(zhǔn)測定方法。

表1 不同功能葉的葉面積測定方法比較

注：大、小寫字母不同代表差異達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

分別測定3種功能葉的葉長、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)育時間較短，營養(yǎng)物質(zhì)積累較少，所以鮮葉重最低，而長柄葉不僅葉面積最大，而且發(fā)育時期較長，所以鮮葉重遠大于無柄葉和長柄葉。無柄葉的長寬比為3.73，而短柄葉和長柄葉分別為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。

表2 不同功能葉的葉片參數(shù)

將3種功能葉的每個葉片通過方格計數(shù)法、打孔法、葉面積儀法測得的葉面積值求平均值，然后與各自的葉長、葉寬、長寬積和鮮葉重等參數(shù)進行回歸分析。從圖1～圖3可以看出，3種功能葉的葉面積與各自的葉長、葉寬、長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值與實測數(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寬積﹥?nèi)~長﹥?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寬積﹥鮮葉重﹥?nèi)~長﹥?nèi)~寬(圖2)；在長柄葉中，各葉片參數(shù)的與葉面積的擬合度大小依次為長寬積﹥?nèi)~長﹥鮮葉重﹥?nèi)~寬(圖3)。從上述結(jié)果可以看出，在4個葉片參數(shù)中，葉片的長寬積最能反映出葉面積的變化趨勢，通過該回歸曲線可以快速而準(zhǔn)確地計算出甘藍型油菜不同發(fā)育時間功能葉的葉面積。

3 結(jié)論

本研究首次在甘藍型油菜上使用方格計數(shù)法、打孔法、葉面積儀法3種方法直接測定不同時期功能葉片的葉面積，并通過不同葉片參數(shù)與葉面積進行了回歸分析，確定了各功能葉在系數(shù)回歸法測定葉面積時的最佳葉片參數(shù)。通過分析可以看出，方格計數(shù)法、打孔法和葉面積儀法均能精確地測定出不同發(fā)育時期的葉片面積，且3種方法均無顯著差異，結(jié)果比較可靠。然而方格計數(shù)法操作比較費時和復(fù)雜，不適宜在田間進行測定；打孔法需要將葉片采摘下來進行離體測定，常會對植株造成損傷，影響后續(xù)的實驗，且打孔時需要盡量避開葉脈來減小實驗誤差；葉面積儀法對葉片性狀有一定的限制，對于卷曲的葉片難以準(zhǔn)確測定，且不方便長時間攜帶該儀器在田間進行操作。在育種工作中，常需要大量地測定作物的葉片面積，且大部分實驗在田間開展，從而給以上3種方法的測定帶來很大的困難。系數(shù)回歸法很好地解決了育種上測定葉面積時“量”與“質(zhì)”的問題，僅需簡單測量多個葉片參數(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)實驗結(jié)果認(rèn)為，在利用系數(shù)回歸法測量葉面積時，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)回歸法測量甘藍型油菜葉面積時，不同功能葉選擇葉片參數(shù)也不一定相同，這需要在試驗前針對不同葉片建立回歸模型，從而選擇出最能反映其實際葉面積的葉片參數(shù)。Uzokwe等[23]的研究表明，葉片的長寬積是系數(shù)回歸法測量葉面積的最佳葉片參數(shù)，這與本研究的結(jié)果相一致。在本實驗中，無柄葉、短柄葉和長柄葉3種功能葉的最佳葉片參數(shù)均為葉片的長寬積，R2值都在0.95以上，與葉面積的擬合度較高。隨著我國油菜產(chǎn)業(yè)的進一步發(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重要指標(biāo)，其測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。