柞樹葉片SPAD值與葉綠素含量相關性的分析

劉孝良 赫英姿 于庭洪 趙 翀 左 玲 賈 姝 宋 策

(遼寧省蠶業(yè)科學研究所,遼寧鳳城 118100)

柞樹葉片SPAD值與葉綠素含量相關性的分析

劉孝良 赫英姿 于庭洪 趙 翀 左 玲 賈 姝 宋 策*

(遼寧省蠶業(yè)科學研究所,遼寧鳳城 118100)

應用SPAD-502葉綠素儀和分光光度計對4個柞樹葉片中SPAD值與葉綠素的含量進行測定，并對試驗數(shù)據(jù)進行相關性分析。結果表明，遼東櫟、蒙古櫟、麻櫟及槲櫟葉片中葉綠素含量和SPAD值的差異極顯著(P<0.01)，葉綠素含量與SPAD值最優(yōu)數(shù)據(jù)模型分別為:y=0.0145x1.3393(r=0.983)，y=0.1866e(0.0633x)(r=0.976), y=0.0472x-0.07(r=0.885)和y=0.0148x1.3155(r=0.934)。因此，通過測定柞樹葉片中SPAD值即可快速估算出葉綠素的含量。

柞樹 SPAD值 葉綠素 相關性分析

葉綠素是綠色植物光合作用的主要色素，也是反應植物抗逆性強弱的重要指標之一。葉綠素的合成以及含量的多少不僅受到相關微量元素的影響，也受到植物所在生境條件的限制[1]。目前對于葉綠素含量的測定可采用兩種方法：一種是分光光度計法，須在實驗室內進行，費工費時；另一種是SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)葉綠素儀法。SPAD-502葉綠素儀是日本研發(fā)的一種便攜式野外測定儀器，通過測量葉片在2種波長范圍內的透光系數(shù)來確定葉片即時葉綠素的相對含量，可在田間無損狀況下操作[2]。方法簡單，操控性強。目前葉綠素儀已在園林樹木、果樹、玉米、水稻等生產領域中得到了廣泛的應用[3], 大量研究表明葉片葉綠素含量與葉綠素儀所測定的SPAD值有良好的一致性[4-6]。但迄今為止還未見有在柞樹上使用的報道。

近年來，由于對柞蠶資源的不合理開發(fā)利用, 柞蠶場資源明顯出現(xiàn)衰退趨勢, 樹勢生長衰弱, 萌發(fā)力差[7]，如果任其發(fā)展下去，不僅會大大阻礙柞蠶生產的發(fā)展，而且還將破壞山區(qū)林業(yè)生態(tài)平衡。因此，柞蠶場樹木營養(yǎng)狀況的監(jiān)測就顯得尤為重要。利用721S型分光光度計和SPAD-502葉綠素儀分別對遼東櫟(QuercusliaotungensisKoidz.)、蒙古櫟(QuercusmongolicaFisch.exLedeb.)、麻櫟(QuercusacutissimaCarruth.)和槲櫟(QuercusalienaBl.)4個柞樹品種葉片中葉綠素的含量進行測定，并運用最大相關系數(shù)法研究其葉片總葉綠素含量與SPAD值的最佳數(shù)據(jù)模型關系，為葉綠素儀能夠盡快應用到柞蠶場樹木的營養(yǎng)監(jiān)測方面提供可靠的理論和試驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為遼寧省蠶業(yè)科學研究所柞園多年生的遼東櫟、蒙古櫟、麻櫟和槲櫟。

1.2 試驗方法

試驗于2016年8月進行。隨機選取遼東櫟、蒙古櫟、麻櫟和槲櫟4個種柞樹夏枝上(第二次生長)健康葉片各24枚，編號后待測。

1.2.1 SPAD值的測定

每個柞樹品種選取的葉片直接用SPAD-502葉綠素儀測定，分別于葉片葉脈兩側上、中、下部位，在葉邊緣與主脈之間測定(避開葉脈)，每個部位測定4個讀數(shù)，整個葉片的數(shù)值以全部的12個讀數(shù)的平均值表示，并按對應編號做好記錄。

1.2.2 葉綠素含量的測定

將用葉綠素儀測定后的葉片迅速放入保鮮袋中帶回實驗室，每枚葉片去掉主脈，剪碎混合均勻，稱取0.2 g(3份)放入研缽中,加少量碳酸鈣粉和石英砂及2～3 mL 96%乙醇研成勻漿，再加96%乙醇10 mL稀釋研磨后，用濾紙過濾入25 mL棕色容量杯中，然后用96%乙醇滴洗研缽及濾紙至無綠色為止，最后定容至刻度，搖勻。

把葉綠體色素提取液倒入光徑為1 cm的比色杯中，以96%的乙醇為空白對照，在波長665 nm和649 nm波長下測其吸光，每個樣品3次重復。

葉綠素濃度的計算公式為：

Ca(mg/L)=13.95×D665-6.88×D649

Cb(mg/L)=24.96×D649-7.32×D665

CT(mg/L)=Ca+Cb

注：Ca：葉綠素a的濃度；Cb：葉綠素b的濃度；CT：總葉綠素的濃度。

葉綠素含量的計算公式為：

葉綠素含量(mg/g)=(葉綠素的濃度×浸提液體積×稀釋倍數(shù)) /樣品鮮重[8]

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Excel軟件對不同品種柞樹葉片中的SPAD值和葉綠素含量之間做直線函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)及冪函數(shù)的回歸分析，選取決定系數(shù)最大的方程作為回歸方程。

2 結果與分析

2.1 柞樹葉片中SPAD值與葉綠素含量的測定

測定結果見表1。4種柞樹葉片中葉綠素的含量隨SPAD值的增加而上升，其中蒙古櫟的SPAD值與葉綠素含量的線性相關趨勢見圖1。

遼東櫟編號SPAD值總葉綠素含量/mg/g蒙古櫟編號SPAD值總葉綠素含量/mg/g麻櫟編號SPAD值總葉綠素含量/mg/g槲櫟編號SPAD值總葉綠素含量/mg/g140.3±0.4431.84±0.081120.2±0.3670.76±0.057148.6±0.4672.43±0.103133.70±0.7431.62±0.078239.7±0.5282.11±0.078227.3±0.3610.90±0.078236.0±0.6051.58±0.068231.3±0.6891.46±0.065340.6±0.8422.20±0.083340.7±0.6322.33±0.087339.5±0.7231.79±0.078341.8±0.8791.71±0.067441.1±0.4682.15±0.076438.0±0.6672.34±0.065430.7±0.4431.41±0.065434.6±0.7561.47±0.087539.8±0.5212.20±0.067538.8±0.5212.34±0.089542.8±0.6831.96±0.065533.9±0.4211.24±0.068637.6±0.5532.12±0.079637.5±0.7412.40±0.079642.4±0.3242.02±0.079627.9±0.4141.14±0.077740.0±0.3322.25±0.077720.3±0.5610.71±0.064741.7±0.5181.91±0.071737.2±0.7422.12±0.089818.7±0.8760.75±0.045842.5±0.7452.33±0.059829.8±0.4321.43±0.063836.1±0.6561.90±0.079946.0±0.4532.0±0.082938.8±0.4322.18±0.074928.8±0.4791.51±0.057940.1±0.7631.77±0.0671038.5±0.6412.18±0.0791020.4±0.3250.68±0.0521048.5±0.5132.29±0.0881036.5±0.3481.60±0.0561142.0±0.3231.96±0.0681131.0±0.4551.40±0.0431132.7±0.5421.55±0.0741133.0±0.5541.58±0.074

遼東櫟編號SPAD值總葉綠素含量/mg/g蒙古櫟編號SPAD值總葉綠素含量/mg/g麻櫟編號SPAD值總葉綠素含量/mg/g槲櫟編號SPAD值總葉綠素含量/mg/g1243.1±0.8452.10±0.0811225.0±0.2120.86±0.0511234.3±0.3781.75±0.0731239.5±0.3771.90±0.0661316.8±0.8730.57±0.0381321.8±0.5640.76±0.0421348.3±0.5572.29±0.0841326.0±0.4451.16±0.0571445.9±0.4462.19±0.0851427.1±0.5531.23±0.0591443.6±0.8752.02±0.0811419.0±0.5740.64±0.0741519.6±0.6780.65±0.0841538.8±0.7722.37±0.0961527.0±0.7841.21±0.0641536.4±0.6781.77±0.0721639.6±0.4432.08±0.0791642.2±0.4312.26±0.0981634.5±0.7751.40±0.0761636.0±0.6581.69±0.0681738.8±0.3052.02±0.0651727.2±0.5030.95±0.0231740.9±0.3471.48±0.0891740.0±0.7781.99±0.0621840.4±0.8151.90±0.0971838.7±0.4062.39±0.0761830.6±0.8151.30±0.0761828.7±0.4531.44±0.0581918.3±0.7630.72±0.0651924.5±0.4510.78±0.0461946.3±0.4762.11±0.0751943.0±0.5782.01±0.0962037.6±0.3051.94±0.0982036.4±0.7161.84±0.0632029.6±0.5791.24±0.0812043.4±0.4322.01±0.0732139.7±0.7742.12±0.1022137.3±0.3841.83±0.0712134.8±0.8481.46±0.0422130.8±0.6571.27±0.0692242.2±0.8062.11±0.0872240.0±0.4752.52±0.0942242.7±0.4761.92±0.0462225.0±0.4761.01±0.0832340.2±0.4082.06±0.0952330.0±0.5271.26±0.0772325.9±0.5781.07±0.0492330.1±0.5791.24±0.0812415.1±0.6120.54±0.0522425.1±0.6670.77±0.0212436.3±0.6431.48±0.0782435.0±0.8431.5±0.0791

蒙古櫟的SPAD值范圍在20.2～42.5，其總葉綠素含量范圍在0.76～2.52 mg/g；遼東櫟的SPAD值范圍在15.1～46，其總葉綠素含量范在0.54～2.25 mg/g；槲櫟的SPAD值范圍在25～43，其總葉綠素含量范圍在1.01～2.12 mg/g；麻櫟的SPAD值范圍在25.9～48.6，其總葉綠素含量范圍在1.07～2.43 mg/g。

2.2 柞樹葉片葉綠素含量與SPAD值數(shù)學模型相關回歸分析

由表2可見，4種柞樹葉片葉綠素含量與SPAD值的相關性都達到了極顯著水平。不同品種柞樹相關性最優(yōu)的函數(shù)關系模型不盡相同，蒙古櫟最優(yōu)的相關性函數(shù)是指數(shù)函數(shù)模型：y=0.1866e(0.0633x)；遼東櫟最優(yōu)的相關性函數(shù)是乘冪函數(shù)模型：y=0.0145x1.3393；麻櫟最優(yōu)的是線性函數(shù)模型：y=0.0472x-0.07 ；槲櫟最優(yōu)的是乘冪函數(shù)模型：y=0.0148x1.3155。其中，除了麻櫟之外，槲櫟、遼東櫟和蒙古櫟的r值都達到了0.9以上，且遼東櫟在對數(shù)函數(shù)模型中，相關性系數(shù)達到了0.983。

表2幾種數(shù)學模型相關回歸分析結果

注:r0.05=0.396;r0.01=0.505；**表示極顯著水平，*表示顯著水平，下同。

3 結論與討論

我國用于放養(yǎng)柞蠶的柞樹，主要是遼東櫟、蒙古櫟、麻櫟和槲櫟。柞蠶體內的營養(yǎng)物質、柞蠶生命力、柞蠶繭質等，都和柞樹葉質成分密切相關[9]。但對柞蠶場柞樹葉片營養(yǎng)狀況的檢測一直缺少有效的、操控性好的儀器，而SPAD葉綠素儀的應用則為解決這一問題提供了一條良好途徑。SPAD 值是一個無量綱的比值, 可在田間無損狀況下檢測出柞樹葉片當前葉綠素的相對含量[10]。利用葉綠素儀測定的SPAD值可以間接反映出葉片的葉綠素含量及含氮量等，在植物葉片葉綠素與養(yǎng)分的間接速測上被廣泛應用[11-13]。

麻櫟、蒙古櫟、槲櫟和遼東櫟不同品種葉片測定的SPAD值及其所對應的葉綠素含量彼此是不同的，這一結論與王薇、宋廷宇等對不同品種番茄葉片測定的結果相一致。通過對4種柞樹葉片的SPAD值與葉綠素含量相關性分析發(fā)現(xiàn)，兩者之間存在著極其顯著的正相關性。試驗通過數(shù)據(jù)分析建立起4種柞樹葉片SPAD值與葉綠素含量最優(yōu)的相關函數(shù)模型，為快速估算葉片葉綠素含量提供了可靠的科學依據(jù)，同時也為柞蠶場營養(yǎng)狀況的監(jiān)測探索出一種快速有效的技術手段。

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Correlation Analysis on Spad Value and Chlorophyll Content of Oak Leaf

LIU Xiaoliang，HE Yingzi，YU Tinghong，ZHAO Chong，ZUO Ling，JIA Shu，SONG Ce*

(Liaoning Provincial Sericultural Research institute, 118100, Fengcheng, Liaoning, China)

SPAD-502 chlorophyll meter and spectrophotometer were adopted to determine the SPAD values and the chlorophyll content of four different oak leaves. In addition, the correlation for test data was also analyzed. The result indicated that the distinctions of the chlorophyll content and the SPAD values of Quercus liaotungensis Koidz., Quercus mongolica Fisch. ex Ledeb., Quercus acutissima Carruth and Quercus aliena Bl. foliage were very significant(P<0.01). The optimal data model for the chlorophyll content and the SPAD values was respectively y=0.0145x1.3393(r=0.983)，y=0.1866e(0.0633x)(r=0.976), y=0.0472x-0.07(r=0.885) and y=0.0148x1.3155(r=0.934). Therefore, the chlorophyll content of oak leaves could be quickly estimated by determining the SPAD values.

oak；SPAD value；chlorophyll content; correlation analysis

劉孝良(1979-)，男，助理研究員，從事柞蠶病害研究。

宋策(1966-)，男，研究員。E-mail:songce2006@163.com