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一种新的叶面积测定方法

来源: 浙江托普仪器有限公司  类别:技术文章  更新时间:2013-10-18 11:53:42  阅读

一种新的叶面积测定方法
    叶片是植物进行光合作用和蒸腾作用的主要器官,其发育状况和叶面积的大小对植物的生长发育、抗逆性及产量形成的影响很大,是生理生化、遗传育种和作物栽培等方面研究的重要指标。因此,准确测出葡萄叶片的面积,对于制定栽培模式和整形修剪方法,确定施肥水平,以获得优质丰产的葡萄果实具有重要意义。叶面积测定的方法目前主要有方格法、称重法、求积仪法、回归方程法[1-4]及辛普松公式法[5]等。近年来随着计算机技术的发展和普及,用数码像机和电脑实现快速准确测定叶面积,已有一些报道[6-8],但有关葡萄试管苗及少毛变叶葡萄(Vitis pi-asezkii Maxim.var.pagnucii)叶片面积测定的报道尚少,对试管苗来说,叶片较小,叶片易失水萎蔫,叶面积缩小速度较快,绘图过程较繁琐,通过利用透明胶带粘贴的办法大大地减少了水分的流失,减少了叶片缩小度和萎蔫度,提高了测量结果的准确性,减少了实验误差。而少毛变叶葡萄叶形不规则。利用常规测量方法难度较大。我们拟通过照相机辅助计算机图像处理技术测定少毛变叶葡萄及试管苗的叶面积,同时与几种测量方法作比较,以研究这一测定方法的可行性,也为其他植物叶面积的测量提供一种新的思路。1材料和方法1.1材料及材料处理供试葡萄品种采自子午岭的少毛变叶葡萄(实生苗)及红提、藤稔葡萄试管苗和大田植株。选择发育正常的少毛变叶葡萄、试管苗及大田植株新梢,在第3、4节位,取上、中、下叶各10枚。将分别采集的30枚叶用胶带单独同定在白纸上,然后分别采用方格计数法、复印称重法、直接称重法和图像处理法测定叶面积。1.2方法1.2.1 计算机法 以三叶少毛葡萄为例,说明计算机法在葡萄试管苗、大田植株及少毛变叶葡萄叶面积中的测量方法[9]。
  1)图像采集:将粘贴有叶片的白纸放在一个干净、背景均匀的平面上,旁边放置基准面积的标尺作为参照,然后利用数码相机变焦调整视角,在取景框内根据实物的大小调整图像的分辨率,垂直于被测定的叶平面摄影,所有的(240枚)待测叶片照完像后,将数码图片转入计算机。
  2)图像处理:通过“开始-程序-附件-画图”软件,打开图片,利用热键“ctrl+w”将图像水平和垂直方向拉伸40%(由于同时改变图片及标尺的大小,所以在计算时不用还原图形大小),选定图像,复制。如图1所示。
  3)粘贴图片到几何画板,得到面积:打开软件几何画板4.06,粘贴图片,基准面积的参照图片作为标定面积。利用“点工具”在标定面积的四个角上做标记,然后利用“选择箭头工具”顺次选择各标记点,利用“作图—四边形内部,度量—面积”即可测量标定面积的大小Sc,记录数值,标定面积的实际大小记作sf,求其比值Ks=SfSc;同理,对待测图像进行分割,在图像边缘利用“点工具”标记若干个点,两点之间距离在1mm左右,顺次选择叶片边缘线上的标记点,利用“作图—多边形内部,度量—面积”就可以得出叶片的测量面积Sa,随后测量面积乘Ks即得叶片的实际面积(S=Ks×Sa),如图2、3所示。1.2.2 方格法 将粘贴在白纸上的叶片用激光复印机复印后,沿待测样叶叶片边缘剪下,放在1mm×1mm坐标纸上,利用方格计数,统计样叶所占方格数,算出其叶面积㈣。1.2.3复印称重法在电子天平上准确称量方格法中样叶叶片质量,测量同种标准纸张的质量,算出1cm2的纸张质量,计算后得出其叶面积(S=纸面积×样叶叶片质量/纸质量)[11-13]。1.2.4直接称重法用复印称重法所测得的30枚样叶叶片的总面积St及30枚叶片的总重量Wt,换算成叶重的叶面积换算系数Kf(Kf=St/Wt)。实际测定时,先将待测的每张叶片分别称重W,再乘以其换算系数kf即得叶面积(S=WxKf)[14]。1.3计算方法先按1.2法分别算得各品种及少毛变叶葡萄的叶面积,然后根据方差分析,比较各测定方法的准确性。2结果及分析2.1各种方法测得的变叶葡萄叶面积比较
  对表1数据进行方差分析(表2),各种测量方法所测得的叶面积无显著差异,而叶型之间存在极显著差异。对测量结果作进一步分析,由各样本的平均数作曲线,以方格法作对照发现,计算机测定法曲线紧密围绕在方格法曲线周围.而复印称重法和直接称重法所得曲线位于计算机法所得曲线之上.说明各种方法之问虽然没有显著性差异,但是对叶面积测量精度上仍然存在一定的差异。各种测定方法之间的相关系数如表3所示。对变叶葡萄4种叶型叶面积的测量均值经新复极差测验检测比较,4种叶型对叶面积的测定效应,除3叶和5叶之间差异不显著外,其余对比均有显著或极显著差异。2.2各种方法测得的葡萄试管苗叶面积比较
  对表4数据进行方差分析(表5),各种测量方法所测得的叶面积无显著差异。对测量结果作进一步分析,由各样本的平均数作曲线发现,方格法所得结果最大,计算机测定法所得结果最小,而复印称重法和直接称重法所得结果介于方格法和计算机法所得结果之间,说明各种方法对叶面积测量精度上仍然存在一定的差异。各种测定方法之间的相关系数如表6所示。对葡萄品种之间进行方差分析表明,品种之间的测量值差异不显著。2.3各种方法测得的大田葡萄苗叶面积比较
对表7数据进行方差分析(表8),各种测量方法所测得的叶面积无显著差异。由各样本的平均数作曲线发现,在叶面积小于130cm2时,4种测定方法测得面积几乎没有区别.而在叶面积大于130cm2时,方格法和计算机测定法所得曲线变化趋势相同,而复印称重法和直接称熏法所得曲线变化趋势相同,且位于方格法和计算机测定法所得曲线之下。由此也说明各种方法对叶面积测量精度上也存在一定的差异。而在同一方法下,不同品种之间不存在显著性差异。各种测定方法之间的相关系数如表9所示。
  由2.1~2.3对测量值的分析比较说明,采用计算机法、方格法、复印称重法、直接称重法之间都具有显著的相关性,但测量值的稳定性存在一定差异,表明利用照相机结合计算机及图形处理软件几何画板可以用于葡萄试管苗、大田植株及少毛变叶葡萄叶面积的测定,且测量值更稳定。  
  3 讨论
  研究中使用的计算机辅助图像处理法不同于前人通过分辨率计算出每个像素的面积,然后统计叶片图像所占的像素个数,再乘以单个像素的面积得到的叶面积[15-17]的方法。以及其它方法[17-18],而是利用画图工具及图像上点所构成的多边形确定面积,与分辨率没有关系,极大地提高了测量叶面积的效率。与传统叶面积测定方法相比,计算机辅助图像处理法应用于叶面积测量具有明显的优越性:只需数码相机、计算机。利用较简单的软件程序就构成1台智能型叶面积测定仪,对叶片的获取途径没有严格限制,其处理结果提取与输出也可以自由选择;精度较高,速度快,更适宜对不规则叶片叶面积的测量;不受目标叶片大小、形状和厚薄等因素的影响,适应于所有叶片,特别适用于分析植株中单个叶片叶面积的测定,有利于对植物叶片的生长状态进行全面分析;同时,数据处理由计算机自动完成,避免了人为因素的影响,降低了操作者的劳动强度,数据准确、技术可行,是一种有推广应用价值的方法,也是几何画板应用于叶片形态特征信息的量化分析的一个拓展。研究采用的计算机辅助图像处理法测定叶面积的结果同传统的方法测量结果具有一定的相关性,这一点同其他学者所得结论具有相似性[19]。对单一叶片采用不同的方法所得结果与文献[15]有相同之处。
  当然作为一种尝试方法,计算机辅助图像处理法应用于叶面积测定中也存在不足,即测量叶片和参照物一起获取图像进行分析,降低了工作效率。如何简化和优化操作,实现叶面积的精确、简捷测定还需要进一步探讨。
    其实测量叶面积可以不用这么麻烦,直接使用仪器就可以,建议使用叶面积仪,它是是一款可以精确、快速、无损伤地测量叶片的叶面积及相关参数,也可对采摘的植物叶片及其它片状物体进行面积测量的便携式仪器。

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