牛保君

摘要：为了寻求方便、快捷、准确的测定胡麻叶面积的方法，试验采用PS测定法，系数测定法和本试验研究测定过程中基于米格法和干重法的技术原理，总结创新的“米格印相法”三种方法，在胡麻叶面积的测定研究中对其优劣性、准确性、快捷性和可操作性等进行了比较和分析。结果表明：“米格印相法”和PS测定法、系数测定法测定的结果存在极显著线性相关。这三种方法都能较准确的测得胡麻的叶面积。而“米格印相法”更具准确、简单快捷和实用等优点，是类似于胡麻小、多叶片作物葉面积测定中容易普及和推广的一种新方法。并用该法求得胡麻长宽求积法的校正系数为0.80.

关键词： 胡麻;叶面积;米格印相法;PS法;系数法

前 言

叶片是光合作用的物质基础，是制造营养物质的“绿色工厂”，是蒸腾作用的媒介，它不仅是植物生长发育、产量形成和品种特性重要指标，也是对作物进行合理的栽培管理以及病虫害发生发展监测的重要手段，因此叶面积是生理生化、遗传育种、作物栽培等方面研究所要经常考虑的内容。近年来，植物叶特性与环境的定量关系受到越来越多的关注。

叶是植物与环境接触面积最大的器官，其特性的变化被认为是对特定环境的适应性表现，并且这些特性在植物碳的同化、水分关系和能量平衡方面有重要作用。建立方便、快速、准确的叶面积测定方法，对于调整群体结构、充分利用光热资源，合理栽培作物以获得高产高效有重要的意义。

作物栽培学上常见的测定叶面积的方法有：叶面积仪法、印相重量测定法、剪纸称重法、干重法、打孔测定法、排水量测定法和系数测定等7种。这7种传统的方法各有优缺点。

因此，我们集多法之长，设计了两种简单而准确的测定方法：“米格印相法”和PS测定法，通过试验探索两种方法的准确性，为小叶多叶片作物叶面积测定提供方法参考。本试验利用相对简便、准确的“米格印相法”和PS测定法预求得胡麻品种“陇亚杂1号”的叶面积校正系数，为采用系数法测定胡麻叶面积提供参数。

1 材料和方法

1.1 试验材料

由甘肃省农业科学院提供的陇亚杂1号胡麻品种。

1.2 试验设计

在胡麻各重要生育时期选取具有代表性的3株胡麻，分别运用“米格印相法”、PS测定法和系数测定法，对全株的叶片用上述方法分别测定其叶面积，进行数据统计比较分析。

1.3 测定内容及方法

1.3.1 生育时期记录

在胡麻生长期内记录各处理的生育时期。各生育时期确定标准为：

（1）苗期：苗生长至5cm高度的时期，以日/月表示。

（2）分茎期：全区分茎植株占全部植株的50%以上。

（3）现蕾期：全区有50%植株出现花蕾。

（4）盛花期：全区二级分支的开花数占全部植株开花数的50%以上。

（5）成铃（青果）期：以行为单位，二级分支的成铃数占全部植株成铃数50%以上。

1.3.2 叶面积的测定

运用“米格印相法”、PS测定法、系数测定法分别测定同一样本的胡麻叶面积。

2 结果分析

2.1“米格印相法”产生的背景

栽培学中，叶面积的测定方法有很多种。从最初的剪纸称重法、打孔测定法到后来的印相重量测定法、米格法再到叶面积仪测定法，各种方法层出不穷，但直到现在各自的缺点也没有得到有效改善。

胡麻叶片较窄，传统的打孔测定法不适用;排水量测定法在实际大田测定中较繁琐，所需的量筒等玻璃仪器携带不方便;印相称重测定法对光有严格要求，特别是氨水携带很不方便;系数测定法也是一种经典的测定方法，关键在于确定校正系数，但胡麻是近年来才深入研究的作物，没有这方面的数据可供参考。剪纸称重法、干重法和米格法都需要绘制叶片，这三种方法如果操作仔细是能较准确的测定叶面积。

在实际测定胡麻叶面积的过程中，开始采用米格法进行测定。但是在绘制叶片时因气温、湿度等的影响，叶片很快就萎蔫皱缩，而且叶片较草质化，边沿不能较好的确定，致使画出的叶片面积比实际的面积偏大。并且叶片容易粘在手上，指头一动边沿就偏离原来的位置更无法画准确。这使得以上三种方法都无法较准确的测定胡麻的叶面积。之后又花很大资金采用叶面积仪法测定，但是胡麻的叶片小而多，在往叶面积仪上铺叶片时工作量很大，往往会因呼吸或是自然风把叶片吹乱重叠。再者叶面积仪对光的要求也较严格，光强常常达不到或超过仪器所需强度。在各条件满足后显示的叶面积数据也不确定，其变动在8cm左右。后来参考肖强、叶文景等利用数码相机和Photoshop软件来测定叶面积的方法，扫描叶片，用Photoshop软件来处理，其要求有一定的Photoshop软件处理技术。在实际处理时发现，将全体单个叶片的面积累加起来大于一次性选定全部叶片的面积，偏大4.96%。测定结果还是不理想。若能准确绘制叶片再结合几种方法的原理和优点，肯定能方便、快捷、准确的测定胡麻的叶面积。基于此，我们设计了一种全新的针对于类胡麻小、多叶片作物的叶面积测定方法，暂定名为“米格印相法”。

2.2 测定方法的原理与步骤

2.2.1 “米格印相法”

2.2.1.1 测定原理

米格法直接读出欲测样的准确面积，精确度取决于最小米格的单位面积。

植物叶片的一定面积对应一定的重量，即干重法的测定原理。

2.2.1.2 测定步骤

（1）取标准样

在试验期内每小区中选取具有代表性的叶片完好的胡麻3株，每小区重复3次。取样时间在上午8：00—9：00，此时露水已干，叶片鲜嫩，叶面也完全展开，便于后续试验操作。

（2）复印叶片

每次将取来完好无损的标准植株的全部叶片依次整齐排在复印机的玻璃屏上。再将标准计算纸小心覆在叶片上（勿使叶片重叠，计算纸正面向下）进行复印。复印结果如图1。

（3）烘干称重标准样

收集被复印的植株叶片，在105℃下鼓风先烘30min杀青。然后在85℃下烘48h，冷却至室温下称量干重（w）。

（4）计算标准叶片面积

将复印好的胡麻的叶片圈在最小的矩形里（如图2）。算出矩形的面积。再数出小正方形的个数（小于半格舍掉，大于半格的算一格）计算面积做差，得出胡麻叶片的面积（a）。

（5）烘干称重预测样

将待测全部叶片，在105℃下鼓风烘30min杀青。再在85℃下鼓风烘48h，冷却至室温称量其质量（W）。

（6）测出以上数据后按下式即可求得叶面积

2.3 PS法测定法

2.3.1 PS法的测定原理

求不规则图形的面积用到的理念的就是积分，也就是将图形无限的细分，而实际上所谓的像素就是这个很小的元素，所以在Photoshop里面所谓的面积就是包含了多少的像素。再按照不规则图形的像素所占比例求出其面积。

2.3.2 测定步骤

（1）扫描叶片：将被测标准叶片排于扫描仪上扫描成图片。

（2）选择区域：用“魔术棒”工具。为了保证选择精确，可将“容差”值设为0，并取消“消除锯齿”项的选择。

（3）计算面积：选取图形以后，单击“窗口”菜单“直方图”选项，打开直方图窗口，在其下拉菜单，单击选择“扩展视图”，会出现详细信息。“像素”后的数据即所选区域包含的像素个数。然后取消选择，记下“像素”后的数据。此为这个图片的像素个数。再执行 “图像 → 图像大小”，便可查看到整个图片的长度和宽度 。再根据像素数的比例，就能求出选取区域的面积。

2.4 利用“米格印相法”测定胡麻叶面积的校正系数结合系数法求得叶面积

选取同一胡麻植株的全部叶片，用“米格印相法”准确测得叶长、最大叶宽和叶面积，求得校正系数为0.80。

试验用“米格印相法”测得校正系数，利用系数法计算胡麻盛花期和成铃期的叶面积。

2.5  三种方法测定的胡麻叶面积相关性分析

2.5.1 盛花期、成铃期不同测定方法测得的叶面积相关性分析

3种方法测得的叶面积的绝对值非常接近，其中59个被测叶片面积的平均值分别为1.806㎝、1.814㎝和1.807㎝，“米格印相法”与PS法、系数法以及PS法与系数法所测定的叶面积相关性系数分别为0.9786、0.9767和0.9757（如图3），三种测定方法都达极显著水平。综合考虑，“米格印相法”是测定胡麻叶面积最好的方法，优于其它两种方法，而PS法又优于系数法。对成铃期样本做上述同样测定，所得结论和盛花期的一致。

3 讨论

3.1  7种传统叶面积测定方法的比较，如表1

由表1可知，传统的7种测量方法都能测定胡麻的叶面积。但是各种方法在测定胡麻这样小叶多叶片植物叶面积时都有各自致命的缺点：叶面积仪测定法需要的仪器设备一般价格比较昂贵，测定较为耗时而且对光的要求特别苛刻;印相称重法是经典的测定方法，但在植物生长后期叶面积较大时测定费力又耗时，在大田实验中要求太高操作繁琐;剪纸称重法简单易行，但对于精确描绘叶片和剪纸的要求很高;干重法效率高，只要样品面积准确，按要求烘干，精确度也较高，但准确测定样品面积的难题又归结到剪纸称重法的问题当中;打孔称重法则是基于相近叶位叶片的比叶重（单位面积叶片质量）相对恒定的原理，通过测定采样区植物叶片干重和極少量叶片比叶重来计算叶面积的方法，采用打孔称重法可以大大地降低工作量，但是，对于像胡麻这样小叶多叶片作物此法与排水量测定法则显然不合适;应用长宽校正法时，需要在测定不同品种的胡麻所需的校正系数后才能获得较准确的结果;但是关于胡麻的研究报道相对较少，其叶面积校正系数没有确定的范围可供参考。

为此我们取以上7种传统方法的优点和相关原理设计出了“米格印相法”，用PS测定法和系数测定法做相关对照，验证“米格印相法”法的准确性和优劣性。

3.2  本试验所选三种方法优劣性的比较讨论

图像处理软件Photoshop拥有选区选择工具和颜色范围选取工具，可以任意选取叶片特定区域，为解决植物叶面受到环境胁迫、病害和昆虫破坏部位的定量分析提供了可能。PS测定法建立在计算机图像处理基础上，广泛适用于阔叶植物叶面积测定，便于精确测定不规则叶片的面积，尤其对于植物突变株生长情况研究具有特殊价值。肖强、叶文景等就利用数码相机和Photoshop软件进行了非破坏性测定，说明数字图像测定法适用于植物叶面积的测定。在实际测定叶少、大小中等的作物叶片（如小麦等）或一些林木类中等大小叶片（如苹果，梨等）时误差较小也较方便，但对于像胡麻这样小叶多叶片植物在测定叶面积时不仅工作量大而且因为光等环境的影响和图像处理时人为因素都会使误差增大。而且我们在实际测定过程中发现，测得的全部单个叶片面积的总和大于一次性测得的叶面积值，其误差原因尚不清楚。

胡麻是近年来才致力深入研究的作物，其能查阅的参数很少。用叶片的长度和最大宽度乘积与叶片实际面积之间的线性关系确定的系数称叶面积系数，叶面积系数=叶面积÷（叶长×叶最大宽）。叶面积系数受叶形的制约，而叶形又受控于几对等位基因、光周期和温度。因此不同的品种、叶龄和环境的叶片具有不同的叶面积系数。Bryan和Mullinix用NC2326研究认为，叶面积系数在不同年份间有轻微变化，但在同一年内基本保持稳定。系數测定法优点在于无损伤活体跟踪测定，不足在于同一作物不同品种的叶面积系数的变化差异也很明显，针对这种差异朱德峰等提出了用叶片平均宽度和最大宽度的比值来校正不同品种间系数的差异，冉邦定提出用叶片长宽比值与叶面积系数之间的线性关系来校正叶面积系数，两种方法的结果与实际叶面积显著相关。在实际操作中虽然该法计算较简单，但工作量大，使用器材少，却测定繁琐。

“米格印相法”可用于对小叶多叶片植株叶面积的测量。其克服了传统测定方法中“叶面积仪法”和“印相重量测定法”对光的苛刻要求，减小了“剪纸称重法”和“干重法”在画叶片时将叶片放大的系统误差。理论上精确度不及PS法，但在实际测定中影响因素少，复印的单片叶面积准确，不存在因比例尺的误差而导致结果误差成倍增加。其特别对小叶多叶片植物叶面积的测定有其它方法不可替代的优点。通过上面的测定步骤可以看出，其实际操作简单、测定速度快、工作量较小、对条件要求也不苛刻。测得的叶面积值更趋近于真实值。

综上所述，“米格印相法”是测定胡麻叶面积的最优方法。

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