全 文 ：福建果树 2010 (1):4 ～ 7
FujianFruits
木菠萝叶面积无损伤测定方法研究
谢穗鸿 陈诗隆 杨伟中 李润唐＊ 李映志＊
(广东海洋大学农学院 , 广东 湛江 524088)
收稿日期:2010-01-11
基金项目:广东省自然科学基金项目 (7010103)、 广东省农业领域科技计划重大项目 (2007A020200006)和广东海洋大学学生研
究创新性实验项目 (CXSY200827)
作者简介:谢穗鸿 (1986-), 女 , 大学本科 , 从事园艺作物遗传育种和栽培研究
＊为通讯作者
摘 要 运用 SPSS13.0, 建立了以各种叶形的木菠萝实际面积 、 叶长 、 叶宽为测算指标的叶面积计算回归
模型。结果表明 , 木菠萝叶面积 (LA)与叶长 (L)、 叶宽 (W)呈极显著回归关系。通过比较择优 , 模型
LA=-23.644+1.899W+3.491L+0.023LW+0.545W2适用于所有叶形木菠萝的叶面积估算。通过对该
叶形回归模型的使用 , 可实现木菠萝叶面积的活体快速估测。
关键词 木菠萝;叶面积;回归模型
MethodofNon-destructiveDeterminationonLeafAreaofJackfruit
XIESui-hong CHENShi-long YANGWei-zhong LIRun-tang＊ LIYing-zhi＊
(ColegeofAgriculture, GuangdongOceanUniversity, ZhanJiang524088, GuangdongChina)
Abstract Inthisresearch, regressionmodelsforestimatingtheleafareaofjackfruitwereestablished
usingleaflength(L)andleafwidth(W)bySPSS13.0.Theresultsshowedthat, therewassignifi-
cantregressionrelationbetweenleafareaandleaflength(L)andleafwidth(W).Themodelselect-
edtoestimatethejackfruitleafareawasLA=-23.644 +1.899W +3.491L+0.023LW +
0.545W2.Withthismodel, thepredictionofjackfruitleafareawassuccessfulinaltypesofleaf
shapeinvivo.
Keywords Jackfruit;Leafarea;Regresionmodel
木菠萝 (ArtocarpusheterophylusLam.)又名菠萝蜜 、 树菠萝 , 原产于热带亚洲的印度 , 在热带潮
湿地区广泛栽培 。我国的海南 、广东 、广西 、 福建和云南东南部均有栽培 。
木菠萝属桑科常绿乔木 , 株高可达 20 m。叶互生 , 长椭圆形或倒卵形 , 革质 , 有光泽 , 全缘或偶
有浅裂 。果实为复合果 , 卵状椭圆形 [ 1] , 外皮有棱角 , 常生于树干 , 果大 , 单果重可达 50 kg, 果肉香
甜 。树势强健 , 适合作行道树 、园景树。
叶片作为光合作用和蒸腾作用的主要器官 , 其发育状况和面积大小对果树生长发育 、果实品质和
产量有很大影响 , 因此常成为生理生化 、 遗传育种 、栽培等研究中的重要指标 。目前常见的叶面积测
定方法很多 , 大致可以分为传统的手工测定方法和先进的电子技术测定方法 。传统的手工方法有方格
纸法 、 复印称重法 、 打孔称重法 、 系数法等 [ 2 -4] , 其共同特点是操作简单 , 所要求的仪器设备简单便
宜 , 但费时 、费工 , 取样不便 , 重复取样会破坏植物体 , 且除方格纸法和复印称重法精确度及准确度
较高外 , 其他方法普遍较低 , 尤其是打孔称重法误差较大 。电子处理技术有激光叶面积仪法 、 光电叶
面积仪法 、 数字图像处理技术法 (即 Photoshop法)等[ 2-4] , 其特点是测定准确 、重复性好 , 但操作相
对复杂 , 仪器设备较昂贵 。
关于叶面积测定方法的研究已有很多报道:蔬菜上如萝卜[ 5] 、 甜椒[ 6] 、 西红柿 [ 7] 、 甜菜 [ 8] , 果树
上如苹果梨[ 9] 、 葡萄[ 10] 、 柿子[ 11] 、 枇杷[ 3] , 花卉上如茶花 [ 12] 、 向日葵[ 13] , 其他作物上如广金钱
草 [ 14] 、龙须草 [ 15]等 , 但对木菠萝无损伤测定的相关报道较少。因此 , 进行木菠萝叶面积测定方法的
研究对科研与生产具有实际意义。
本研究采用 Photoshop法 , 利用获得的大量叶面积 、 叶长和叶宽数据建立叶面积回归方程 , 对木菠
萝叶面积进行非离体估计 。
1 材料与方法
1.1 材料
2008年 7月至 2009年 5月于广东海洋大学主校区 , 随机选取 4株木菠萝 , 在每株树冠外围随机摘
取叶片约 150片 , 共计 522片 , 其中包括长椭圆形 、 倒卵形 (包括叶尖突出和不突出的)叶片。
1.2 方法
1.2.1 叶面积的画纸称重法测定
在厚薄均匀一致的 A4打印纸上 , 沿待测叶样的叶缘描画出纸样叶片 , 剪裁;在万分之一天平上 ,
分别称纸样叶片的重量;根据由 4cm2同一 A4打印纸的重量计算出的单位面积纸张重量 , 求出各单叶
的面积 。由于万分之一天平的精确度很高 , 因此 , 以此面积作为待测叶片的真实面积。
1.2.2 叶面积的 Photoshop法测定
测定前将叶柄剪去 , 用湿润的软布将叶片轻拭干净后平铺在扫描仪面板上 。其上固定一个已知面
积为 8.456464 cm2的参照物。对所收集的全部叶片进行扫描 , 扫描分辨率设定为 300 dpi, 图像储存为
TIFF格式。将所得图片导入 Photoshopcs3, 用工具栏的快速选择工具获取叶像素及参照物像素 [ 16] , 用
叶像素除以参照物像素再乘以 8.456464 cm2 , 可计算出叶片面积。
1.2.3 Photoshop法与称重法的差异显著性及相关分析
参照刘魁英等的方法 [ 17] , 对 30片叶片用称重法和 Photoshop法获得的叶面积数据进行差异显著性
t-测验和相关性分析 , 以验证 Photoshop法测定叶面积的可行性。
1.3 叶面积回归方程的建立
用 Photoshop方法测 522片叶面积 , 记录数据。用游标卡尺测 522片的叶长和叶宽 , 其中 , 叶长记
为 L, 指叶基到叶尖的距离;叶宽记为 W, 指主脉垂直线上最宽处长度 , 如图 1。将以上数据导入
SPSS[ 18]进行回归分析 , 得出基于所有叶片的可用回归模型;选择最优模型后 , 再进行验证。
图 1 长椭圆形与倒卵形叶片的长宽
1.4 回归模型的检验
求得回归方程后 , 每种叶形随机抽取成熟叶片 20片 , 用游标卡尺测叶长和叶宽 , 求得每片叶面
积 , 与称重法测得的叶面积进行比较 , 无显著差异且相关系数达到极显著者 , 即可用作叶面积的回归
方程。
5第 1期 谢穗鸿 , 等:木菠萝叶面积无损伤测定方法研究
2 结果与分析
2.1 Photoshop法与称重法测定叶面积的差异显著性和相关分析
对 30片叶用 Photoshop法与称重法测得的叶面积进行 t-测验。建立无效假设 , 通过计算得 Sd=
0.0347, t=1.000028, 而 t(0.05, 29)=2.0452, t
=0.0484, t=19.9876, 而 t(0.01, 29)=2.7564 , 故 t>t(0.01, 29), 否定无效假设 , 表明 Photoshop法与称重
法测得的叶面积的相关系数极显著。结果表明 Photoshop法可行。
2.2 模型的建立
对 522片叶进行回归分析 , 用直线回归模型与多项式模型表示 , 最后分析比较选择最优回归
方程[ 19] 。
通过对建模用的多种叶形的回归分析 , 得出回归模型列于表 1。由表 1可以看出 , 522片叶的 L、
W与 LA之间除可用线性回归方程表示外 , 还可用多元回归模型表示。所有模型的 P<0.0001, 表明均
达到极显著水平 , 因此 , 522片叶的所有模型均可用于叶面积的估算 。所有模型都有较高的 R2和较低
的估计值的标准误 , 其中模型 9具有最高的 R2值 。因此 , 选择模型 9为最优模型 (LA=-23.644+
1.899W+3.491L+0.023LW+0.545W2)。
表 1 木菠萝叶面积与叶长和叶宽的回归模型
模型编号 回归模型 R2 估计值的标准误
1 LA=-15.466+10.677W 0.832 6.455
2 LA=-0.909+0.736LW 0.951 3.478
3 LA=17.546+0.824W2 0.809 6.877
4 LA=-44.245+9.153W+3.417L 0.967 2.835
5 LA=-22.618+5.47W+1.389L+0.341LW 0.970 2.730
6 LA=-7.976+3.123W+0.561LW 0.969 2.784
7 LA=9.073-1.486L+0.831LW 0.964 2.990
8 LA=1.194+0.575LW+0.229W2 0.968 2.807
9 LA=-23.644+1.899W+3.491L+0.023LW+0.545W2 0.972 2.620
2.3 模型的检验
随机采集 20片叶 , 测叶长 L、 叶宽 W, 用称重法测得叶面积 LA。将 L和 W代入模型得到预测面
积 , 得出 20片叶在模型中的离回归平方和 (Q, 16.736)、 总平方和 (SST, 1505.288)与决定系数
(R2 , 0.989)。R2很高 , 说明利用这个模型来模拟计算木菠萝叶面积可靠 、精确。
2.4 模拟值与实际值的相关关系
把 20片叶的长和宽代入模型 , 得出模拟值与实际值相关关系模型为:LA=1.041X+0.017 (R2 =
0.994, 估计值的标准误为 0.964)。模型达到极显著水平 , 因此可用于叶面积的无损伤测定 。
3 小结与讨论
在其他作物中 , 研究者已在测量叶长和叶宽的基础上建立了回归模型 。但不同作物叶形差异很大 ,
应该建立适合其自身特点的模型 , 因此 , 建立木菠萝叶面积无损伤测定方法有其必要性和实用性 。本
研究以木菠萝为试材 , 探讨其叶面积无损伤测定的可行性和科学性 , 通过估测多种叶形的叶面积 , 得
出实测叶面积与叶长 、叶宽及叶长 ×叶宽的回归方程 , 经检验 , 所有回归模型均达到极显著水平 (p<
6 福建果树 2010年
0.001)。比较各模型的 R2和估计值标准误 , 并且考虑到实际操作的准确性 , 选择其中 R2高 、 估计值
标准误低的模型作为最优模型 , 最后通过检验证明这个模型是准确可靠的 。
Photoshop法与称重法相比 , 有快速 、简便 、 准确等优点。两种方法所测定的叶面积无显著差异 ,
(标准误差仅为 0.489);其计算过程由电脑执行 , 速度快 , 可避免人为操作造成的误差 , 可降低劳动
强度 , 节省时间;Photoshop法是用像素来表现叶面积 , 所得出的结果不受叶片形状 、大小 、厚薄等因
素的影响 , 因此可用于测定大多数种类植物的叶面积;扫描的原始图像可储存 , 可携带 , 便于随时随
地研究 。由此可见 , 此法适用于大量叶面积测量的研究 。
植物叶片对环境变化比较敏感且可塑性较大 , 环境的变化常导致叶片长 、宽的响应 [ 20] 。所以 , 随
着生长环境的变化 , 作物叶片的叶面积回归方程也在变化 , 而作物生长环境的变化主要是由种植地点
和时间的改变引起的 。若要通过回归方程法准确地预测作物的叶面积 , 就须求出该作物在不同种植地
点和不同生长发育阶段的叶面积回归方程 。就木菠萝而言 , 广东湛江是其主产区之一 , 本试验材料的
采集地点基本代表了产区的环境条件 。因此 , 在木菠萝产区 , 可用 LA=-23.644+1.899W+3.491
L+0.023LW+0.545W2来估测叶面积。但该方程的建立和检验均以成熟的木菠萝叶片为试材 , 是否
符合其他生长发育阶段叶面积的估算有待进一步研究。
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