橡膠樹無性系葉面積的回歸測(cè)算

張鳳良，李小琴，趙 祺，豐玉云，吳 裕

（1.云南省熱帶作物科學(xué)研究所/云南省天然橡膠可持續(xù)利用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（籌）/天然橡膠良種選育與栽培技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，云南 景洪 666100；2.西雙版納云墾澳洲堅(jiān)果科技開發(fā)有限公司，云南 景洪 666100；3.云南省紅河熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，云南 河口 661300）

葉面積的大小直接影響到植物干物質(zhì)的合成與積累，與植株的光合、營養(yǎng)利用狀況和生長發(fā)育密切相關(guān)［1-3］，測(cè)定葉片的面積是研究光合作用、物質(zhì)生產(chǎn)及樹體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，也是研究與相關(guān)生理生化指標(biāo)首要解決的問題。目前測(cè)量葉面積的方法主要有方格法、畫紙稱重法、葉面積儀法、圖像處理法和系數(shù)回歸法等。方格法和畫紙稱重法應(yīng)用時(shí)間較早，結(jié)果可靠、誤差小，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，用于大規(guī)模種質(zhì)鑒定時(shí)可操作性差；葉面積儀法操作簡單，但設(shè)備價(jià)格相對(duì)較貴，且在測(cè)定過小、過大、不規(guī)則或卷曲葉面時(shí)誤差較大；圖像處理法雖原理不復(fù)雜，但結(jié)果可靠性受圖像獲取方法和人為因素的影響較大；系數(shù)回歸法先后大量應(yīng)用于科研和生產(chǎn)上，僅需使用簡單的直尺或三角板測(cè)量一個(gè)或幾個(gè)葉片參數(shù)，通過模型擬合即可推算出葉面積，但面對(duì)不同無性系或品種以及不同生態(tài)環(huán)境下葉片性狀的差異，需要經(jīng)過嚴(yán)格的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及生物統(tǒng)計(jì)模型的篩選，才能確定能否應(yīng)用。目前，葉面積方法研究對(duì)象多數(shù)集中在作物及果樹上［4-13］，關(guān)于橡膠樹（Hevea brasiliensis）葉面積測(cè)算有一些報(bào)道，如陳貽釗基于GIS 分析技術(shù)采用圖像法對(duì)橡膠樹葉面積進(jìn)行了計(jì)算［14］，但基于圖像處理的方法在大規(guī)模種質(zhì)鑒定中仍然面臨著操行難的問題，加之橡膠樹主要栽培對(duì)象是無性系品種，而面向不同橡膠樹無性系葉面積測(cè)算方法的研究仍然比較欠缺。

方格法、畫紙稱重法及圖像處理法等雖具有精度高等優(yōu)點(diǎn)，但面對(duì)大樣本測(cè)定時(shí)均表現(xiàn)出費(fèi)時(shí)費(fèi)力、可操作性差，故本研究未采用。本研究以20 個(gè)橡膠樹無性系植株為材料，對(duì)比分析干重法、直尺法、葉面積儀法及系數(shù)回歸法等多種方法的差異與聯(lián)系，通過分析選擇合適的葉片參數(shù)與葉面積儀測(cè)定的葉面積進(jìn)行回歸分析，對(duì)各回歸模型進(jìn)行判別，確定各無性系葉面積測(cè)算的最佳模型。研究結(jié)果可為測(cè)定橡膠樹無性系植株生長發(fā)育進(jìn)程中葉面積變化及規(guī)?；Y源鑒定提供便捷可靠的方法。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)地位于云南省熱帶作物科學(xué)研究所“農(nóng)業(yè)部景洪橡膠樹種質(zhì)資源圃”苗圃地內(nèi)。參試材料為從云南植膠區(qū)內(nèi)選擇的20 個(gè)優(yōu)良單株采條育成的一年生無性系幼苗，以GT1 種子實(shí)生苗為砧木，按株行距1 m×1 m 定植，常規(guī)育苗管理，生長良好。試驗(yàn)于2022年7—8月進(jìn)行，每個(gè)無性系選擇5 株長勢(shì)良好的植株，每個(gè)植株選擇從上往下第二個(gè)和第三個(gè)葉蓬中部的10 個(gè)葉片進(jìn)行測(cè)定。

1.2 方法

直尺測(cè)量法：用直尺測(cè)量每一個(gè)葉片的最大長度L1（cm）與最大寬度B1（cm），計(jì)算葉片長寬積X1（cm2）=L1×B1。

葉面積儀法：將測(cè)定完的葉片依次用葉面積儀進(jìn)行掃描測(cè)定，葉長記為L2（cm）、葉寬記為B2（cm）、葉面積記為S1（cm2），葉面積儀測(cè)定的長寬積記為X2（cm2）。

干重法：將葉面積儀測(cè)定完后的葉片用烘箱在60 ℃的溫度下烘干至恒重，再用1/10 000 天平準(zhǔn)確稱量每個(gè)葉片的干重，計(jì)為W1（g），同時(shí)準(zhǔn)確裁剪10 cm2（即10 cm×10 cm）的A4 紙片，稱取的紙張干重計(jì)為W2（g）；計(jì)算出每個(gè)葉片的葉面積S2（cm2）=10×W1/W2。

葉片參數(shù)回歸法：根據(jù)各葉片參數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果，選擇與S1相關(guān)系數(shù)最大的葉片參數(shù)與之進(jìn)行回歸分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入整理，用SPSS 23.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性、相關(guān)性及回歸等統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干重法和葉面積儀法測(cè)定的葉面積大小比較

表1 統(tǒng)計(jì)了干重稱重法和葉面積儀法測(cè)定的橡膠樹無性系葉面積的結(jié)果，其中差值是用干重法減去葉面積法所得，相對(duì)差值是用差值除以均值所得。從表1 可知，兩種方法在不同無性系上測(cè)定的結(jié)果差異較大，其中相對(duì)差值較小的9 個(gè)無性系為614、188、89、279、588、553、271、272、169；兩種方法下結(jié)果相對(duì)差值較大的6 個(gè)無性系為621、618、584、551、182、314。

表1 不同無性系干重法與葉面積儀法測(cè)定葉面積統(tǒng)計(jì)

2.2 直尺和葉面積儀測(cè)定的葉長和葉寬比較分析

表2 和表3 統(tǒng)計(jì)了直尺和葉面積儀測(cè)定的各無性系葉長和葉寬。由表可知，用直尺測(cè)得的無性系葉長均大于葉面積儀測(cè)定值，兩種方法測(cè)定的葉長差值變幅為0.77～2.88 cm，差值較小的無性系有9 個(gè)：588、314、628、618、614、272、585、271及553，其差值均小于1.50 cm，相對(duì)差值小于10 %。葉長差值大于2.00 cm 的無性系有169、187、191、551 和624，其相對(duì)差值均超過13%，最大的是169 號(hào)無性系，相對(duì)差值為23.03%。用兩種方法測(cè)得的無性系葉寬高度一致，直尺測(cè)定值略低于葉面積儀測(cè)定值，差值變幅僅為0.01～0.15 cm，相對(duì)差值均未超過5%，相對(duì)差值最大的為無性系614（2.31%）。兩種方法測(cè)計(jì)算所得的葉長寬積差值變幅為5.36～11.91 cm2，相對(duì)差值較小的無性系為271、314、588、614、618 和628，相對(duì)差值較大的無性系有89、169、191、279 和584。

表2 直尺和葉面積儀測(cè)得的無性系葉長和葉寬統(tǒng)計(jì)

表3 直尺和葉面積儀測(cè)得的無性系葉長和葉寬比較

2.3 各葉片參數(shù)相關(guān)性分析

表4 統(tǒng)計(jì)了各葉片參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)，從表中可以看出，所測(cè)定的各葉片參數(shù)兩兩之間均呈顯著（P≤0.05）或極顯著正相關(guān)（P≤0.01）。其中，直尺法測(cè)算出來的葉長寬積X1與所測(cè)定的其它所有葉片參數(shù)均達(dá)到極顯著正相關(guān)，且與葉面積儀測(cè)定的葉面積S1相關(guān)系數(shù)最大（r=0.986）；S1與所測(cè)定的其它所有葉片參數(shù)均達(dá)到極顯著正相關(guān)，其中干重法測(cè)算的葉面積S2與S1相關(guān)系數(shù)也較大（r=0.899）。綜上分析，可以用X1和S2與S1進(jìn)行系數(shù)回歸測(cè)算各無性系的葉面積。

表4 各葉片參數(shù)相關(guān)性分析統(tǒng)計(jì)

2.4 系數(shù)回歸法計(jì)算橡膠樹無性系葉面積

表5 列出了各無性系直尺法葉長寬積X1和干重法葉面積S2分別與葉面積儀法葉面積S1間的回歸方程。從表中可以得出，采用X1得到的回歸方程中有10 個(gè)無性系的決定系數(shù)大于0.9，分別是169、271、279、551、553、585、588、614、618 和628，而由S2得到的回歸方程中有6 個(gè)無性系的決定系數(shù)大于0.9，分別是169、188、271、279、551、588 及621。從分析結(jié)果看，兩種方法在回歸擬合方面都具有較高決定系數(shù)的無性系有5 個(gè)：169、271、279、551 和588，決定系數(shù)差異較大的無性系有272、553、585、614、618 及628 等6 個(gè)。

表5 各無性系系數(shù)回歸法統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論與討論

方格法、掃描儀法、畫紙稱重法及圖像處理法雖然在植物葉面積測(cè)定時(shí)具有較高的可靠性，但在規(guī)模化種質(zhì)資源鑒定及活體植株葉片生長發(fā)育研究時(shí)可操作性較差。本研究選擇較為簡易的干重稱重法和直尺法分別與葉面積儀測(cè)定的葉面積進(jìn)行系數(shù)回歸法測(cè)算橡膠樹無性系葉面積，兩種方法都只要在計(jì)算回歸方程過程中采集一次葉樣進(jìn)行測(cè)量即可，求得回歸方程后，后期只需采集葉樣進(jìn)行稱重或用直尺測(cè)量葉片的葉長、葉寬及計(jì)算出長寬積，利用回歸方程計(jì)算出該葉的葉面積即可，后續(xù)均不需要葉面積儀。采用直尺法測(cè)定不易損傷植株，不影響葉片后續(xù)生長，方法簡便易行；采用干重稱重法在葉片不規(guī)則、卷曲的情況下效果較好。不同方法的采用視情況而定。

本研究中干重稱重法和葉面積儀法測(cè)定的橡膠樹葉面積在不同無性系間差異較大，所測(cè)無性系中約1/3 得到的結(jié)果相對(duì)差異較大。對(duì)于干重稱重法，由于不同無性系間含水量差異較大，測(cè)量結(jié)果可能會(huì)受到影響，后期研究中考慮把含水量作為一個(gè)因子進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)合干重法與葉面積儀法擬合得到的回歸方程決定系數(shù)來看，272、314、553、585、618、624 及628 等7 個(gè)無性系的決定系數(shù)較小，擬合結(jié)果較差，這些無性系的含水量是否較高而影響擬合結(jié)果，在今后的研究中有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

前人研究表明，葉片的長寬積是系數(shù)回歸法測(cè)量葉面積的最佳葉片參數(shù)［15-16］。本研究中用直尺法測(cè)量計(jì)算出的葉片長寬積X1與葉面積儀測(cè)出的葉面積S1相關(guān)系數(shù)最大（r=0.986），與前人研究結(jié)果相一致。本研究結(jié)果表明，各無性系間用直尺法和葉面積法測(cè)定的葉長之間存在較大差異，其原因可能是葉面積儀測(cè)定時(shí)無法觀測(cè)葉基部所在的位置，導(dǎo)致掃描存在偏差，而在葉寬上兩種方法測(cè)量的結(jié)果高度一致。在今后的研究中，如果采用系數(shù)回歸法進(jìn)行葉面積測(cè)算，在采用直尺法測(cè)量葉片葉長時(shí)，是否測(cè)量到葉片基部某個(gè)位置即可，還需在操作的過程中進(jìn)行具體的評(píng)估。

本研究采用系數(shù)回歸法測(cè)算了不同橡膠樹無性系葉面積，發(fā)現(xiàn)直尺法測(cè)定的無性系葉長寬積X1與葉面積儀測(cè)定的葉面積S1得到的回歸決定系數(shù)中，大部分無性系的大于葉干重法S2與S1得到的回歸系數(shù)。采用直尺法X1與S1得到的回歸方程中有10 個(gè)無性系的決定系數(shù)大于0.9，而干重法S2與S1得到的回歸方程中有6 個(gè)無性系的決定系數(shù)大于0.9。故在葉片規(guī)整的情況下，特別是做葉片生長發(fā)育（觀測(cè)活體時(shí)），推薦使用直尺法測(cè)定葉長寬積后，再與葉面積儀測(cè)定的葉面積進(jìn)行回歸擬合，最終得到回歸方程，再根據(jù)決定系數(shù)等進(jìn)行判別后選擇應(yīng)用。