橡胶树无性系叶面积的回归测算

张凤良，李小琴，赵 祺，丰玉云，吴 裕

（1.云南省热带作物科学研究所/云南省天然橡胶可持续利用研究重点实验室（筹）/天然橡胶良种选育与栽培技术国家地方联合工程研究中心，云南 景洪 666100；2.西双版纳云垦澳洲坚果科技开发有限公司，云南 景洪 666100；3.云南省红河热带农业科学研究所，云南 河口 661300）

叶面积的大小直接影响到植物干物质的合成与积累，与植株的光合、营养利用状况和生长发育密切相关［1-3］，测定叶片的面积是研究光合作用、物质生产及树体结构的基础，也是研究与相关生理生化指标首要解决的问题。目前测量叶面积的方法主要有方格法、画纸称重法、叶面积仪法、图像处理法和系数回归法等。方格法和画纸称重法应用时间较早，结果可靠、误差小，但费时费力，用于大规模种质鉴定时可操作性差；叶面积仪法操作简单，但设备价格相对较贵，且在测定过小、过大、不规则或卷曲叶面时误差较大；图像处理法虽原理不复杂，但结果可靠性受图像获取方法和人为因素的影响较大；系数回归法先后大量应用于科研和生产上，仅需使用简单的直尺或三角板测量一个或几个叶片参数，通过模型拟合即可推算出叶面积，但面对不同无性系或品种以及不同生态环境下叶片性状的差异，需要经过严格的试验设计及生物统计模型的筛选，才能确定能否应用。目前，叶面积方法研究对象多数集中在作物及果树上［4-13］，关于橡胶树（Hevea brasiliensis）叶面积测算有一些报道，如陈贻钊基于GIS 分析技术采用图像法对橡胶树叶面积进行了计算［14］，但基于图像处理的方法在大规模种质鉴定中仍然面临着操行难的问题，加之橡胶树主要栽培对象是无性系品种，而面向不同橡胶树无性系叶面积测算方法的研究仍然比较欠缺。

方格法、画纸称重法及图像处理法等虽具有精度高等优点，但面对大样本测定时均表现出费时费力、可操作性差，故本研究未采用。本研究以20 个橡胶树无性系植株为材料，对比分析干重法、直尺法、叶面积仪法及系数回归法等多种方法的差异与联系，通过分析选择合适的叶片参数与叶面积仪测定的叶面积进行回归分析，对各回归模型进行判别，确定各无性系叶面积测算的最佳模型。研究结果可为测定橡胶树无性系植株生长发育进程中叶面积变化及规模化资源鉴定提供便捷可靠的方法。

1 材料和方法

1.1 材料

试验地位于云南省热带作物科学研究所“农业部景洪橡胶树种质资源圃”苗圃地内。参试材料为从云南植胶区内选择的20 个优良单株采条育成的一年生无性系幼苗，以GT1 种子实生苗为砧木，按株行距1 m×1 m 定植，常规育苗管理，生长良好。试验于2022年7—8月进行，每个无性系选择5 株长势良好的植株，每个植株选择从上往下第二个和第三个叶蓬中部的10 个叶片进行测定。

1.2 方法

直尺测量法：用直尺测量每一个叶片的最大长度L1（cm）与最大宽度B1（cm），计算叶片长宽积X1（cm2）=L1×B1。

叶面积仪法：将测定完的叶片依次用叶面积仪进行扫描测定，叶长记为L2（cm）、叶宽记为B2（cm）、叶面积记为S1（cm2），叶面积仪测定的长宽积记为X2（cm2）。

干重法：将叶面积仪测定完后的叶片用烘箱在60 ℃的温度下烘干至恒重，再用1/10 000 天平准确称量每个叶片的干重，计为W1（g），同时准确裁剪10 cm2（即10 cm×10 cm）的A4 纸片，称取的纸张干重计为W2（g）；计算出每个叶片的叶面积S2（cm2）=10×W1/W2。

叶片参数回归法：根据各叶片参数相关性分析结果，选择与S1相关系数最大的叶片参数与之进行回归分析。

1.3 数据处理

采用Excel 2003 对数据进行录入整理，用SPSS 23.0 软件对数据进行差异性、相关性及回归等统计分析。

2 结果与分析

2.1 干重法和叶面积仪法测定的叶面积大小比较

表1 统计了干重称重法和叶面积仪法测定的橡胶树无性系叶面积的结果，其中差值是用干重法减去叶面积法所得，相对差值是用差值除以均值所得。从表1 可知，两种方法在不同无性系上测定的结果差异较大，其中相对差值较小的9 个无性系为614、188、89、279、588、553、271、272、169；两种方法下结果相对差值较大的6 个无性系为621、618、584、551、182、314。

表1 不同无性系干重法与叶面积仪法测定叶面积统计

2.2 直尺和叶面积仪测定的叶长和叶宽比较分析

表2 和表3 统计了直尺和叶面积仪测定的各无性系叶长和叶宽。由表可知，用直尺测得的无性系叶长均大于叶面积仪测定值，两种方法测定的叶长差值变幅为0.77～2.88 cm，差值较小的无性系有9 个：588、314、628、618、614、272、585、271及553，其差值均小于1.50 cm，相对差值小于10 %。叶长差值大于2.00 cm 的无性系有169、187、191、551 和624，其相对差值均超过13%，最大的是169 号无性系，相对差值为23.03%。用两种方法测得的无性系叶宽高度一致，直尺测定值略低于叶面积仪测定值，差值变幅仅为0.01～0.15 cm，相对差值均未超过5%，相对差值最大的为无性系614（2.31%）。两种方法测计算所得的叶长宽积差值变幅为5.36～11.91 cm2，相对差值较小的无性系为271、314、588、614、618 和628，相对差值较大的无性系有89、169、191、279 和584。

表2 直尺和叶面积仪测得的无性系叶长和叶宽统计

表3 直尺和叶面积仪测得的无性系叶长和叶宽比较

2.3 各叶片参数相关性分析

表4 统计了各叶片参数的相关性系数，从表中可以看出，所测定的各叶片参数两两之间均呈显著（P≤0.05）或极显著正相关（P≤0.01）。其中，直尺法测算出来的叶长宽积X1与所测定的其它所有叶片参数均达到极显著正相关，且与叶面积仪测定的叶面积S1相关系数最大（r=0.986）；S1与所测定的其它所有叶片参数均达到极显著正相关，其中干重法测算的叶面积S2与S1相关系数也较大（r=0.899）。综上分析，可以用X1和S2与S1进行系数回归测算各无性系的叶面积。

表4 各叶片参数相关性分析统计

2.4 系数回归法计算橡胶树无性系叶面积

表5 列出了各无性系直尺法叶长宽积X1和干重法叶面积S2分别与叶面积仪法叶面积S1间的回归方程。从表中可以得出，采用X1得到的回归方程中有10 个无性系的决定系数大于0.9，分别是169、271、279、551、553、585、588、614、618 和628，而由S2得到的回归方程中有6 个无性系的决定系数大于0.9，分别是169、188、271、279、551、588 及621。从分析结果看，两种方法在回归拟合方面都具有较高决定系数的无性系有5 个：169、271、279、551 和588，决定系数差异较大的无性系有272、553、585、614、618 及628 等6 个。

表5 各无性系系数回归法统计

3 结论与讨论

方格法、扫描仪法、画纸称重法及图像处理法虽然在植物叶面积测定时具有较高的可靠性，但在规模化种质资源鉴定及活体植株叶片生长发育研究时可操作性较差。本研究选择较为简易的干重称重法和直尺法分别与叶面积仪测定的叶面积进行系数回归法测算橡胶树无性系叶面积，两种方法都只要在计算回归方程过程中采集一次叶样进行测量即可，求得回归方程后，后期只需采集叶样进行称重或用直尺测量叶片的叶长、叶宽及计算出长宽积，利用回归方程计算出该叶的叶面积即可，后续均不需要叶面积仪。采用直尺法测定不易损伤植株，不影响叶片后续生长，方法简便易行；采用干重称重法在叶片不规则、卷曲的情况下效果较好。不同方法的采用视情况而定。

本研究中干重称重法和叶面积仪法测定的橡胶树叶面积在不同无性系间差异较大，所测无性系中约1/3 得到的结果相对差异较大。对于干重称重法，由于不同无性系间含水量差异较大，测量结果可能会受到影响，后期研究中考虑把含水量作为一个因子进行综合评价。结合干重法与叶面积仪法拟合得到的回归方程决定系数来看，272、314、553、585、618、624 及628 等7 个无性系的决定系数较小，拟合结果较差，这些无性系的含水量是否较高而影响拟合结果，在今后的研究中有待进一步验证。

前人研究表明，叶片的长宽积是系数回归法测量叶面积的最佳叶片参数［15-16］。本研究中用直尺法测量计算出的叶片长宽积X1与叶面积仪测出的叶面积S1相关系数最大（r=0.986），与前人研究结果相一致。本研究结果表明，各无性系间用直尺法和叶面积法测定的叶长之间存在较大差异，其原因可能是叶面积仪测定时无法观测叶基部所在的位置，导致扫描存在偏差，而在叶宽上两种方法测量的结果高度一致。在今后的研究中，如果采用系数回归法进行叶面积测算，在采用直尺法测量叶片叶长时，是否测量到叶片基部某个位置即可，还需在操作的过程中进行具体的评估。

本研究采用系数回归法测算了不同橡胶树无性系叶面积，发现直尺法测定的无性系叶长宽积X1与叶面积仪测定的叶面积S1得到的回归决定系数中，大部分无性系的大于叶干重法S2与S1得到的回归系数。采用直尺法X1与S1得到的回归方程中有10 个无性系的决定系数大于0.9，而干重法S2与S1得到的回归方程中有6 个无性系的决定系数大于0.9。故在叶片规整的情况下，特别是做叶片生长发育（观测活体时），推荐使用直尺法测定叶长宽积后，再与叶面积仪测定的叶面积进行回归拟合，最终得到回归方程，再根据决定系数等进行判别后选择应用。