大豆叶形和叶片结构的测定

大豆叶形和叶片结构的测定

一、测定指标与方法1986年，实验在沈阳农业大学的试验区进行。试验材料为20种不同叶形的品种，包括18个辽宁省和吉林市的品种，2个国外引进的品种（日本的“十盛长叶”和美国的“amasy”）。试验采用完全随机区组设计,三次重复,小区行长3米、行距60厘米、株距15厘米。(二)室内测定方法测定于8月份大豆结荚期进行,所测项目如下:1.叶长、叶宽:取复叶的中间小叶量其最长、最宽处,厘米。2.叶形指数:长/宽。4.单叶面积:取中间小叶,用叶形纸称重法,按下式计算:叶面积(分米2)≈叶形纸重量/单位面积纸重。5.叶脉厚度:用千分尺测定中间小叶的中脉中间处,毫米。6.叶绿素含量:采用乙醇、丙酮(1:1)混合液法,在721型分光光度计下比色,计算公式如下:D652:在652μm下测定的光密度值,S:测定的叶面积(分米2),V:定容的体积(毫升)。7.全氮含量:采用龙科A—型半微量凯氏定氮仪测定叶片单位干重的全氮含量,并根据比叶重换算成单位叶面积(分米2)的全氮含量。(由东北农学院农学系综合样品分析室帮助测定。)8.比叶重:采用烘干称重法,毫克/分米2。9.气孔数目:采用大棉胶印迹法,在光学显微镜下观察其上表皮的气孔密度,按下式计算:气孔数目(n/毫米2)=每视野气孔数/π×(95×1.77)2×10-6。10.光合强度:田间整株取样,每小区3株,室内盆栽,并保证水分供应,取其最大功能叶的中间小叶,用佛山分析仪器厂生产的FQ型红外线CO2分析仪进行测定,叶室采用双层气封式,叶室气体流量150升/小时,光源为500W碘钨灯,光照强度为42K勒克斯,用水槽流水控制叶室温度在27～30℃之间,测定时记载叶室温度和记录仪的变化格数,按下式计算光合强度:P:光合强度(毫克CO2/分米2·小时),ΔCO2:测定前后CO2浓度差值(ppm),F:叶室内气体流量(升/小时),S:叶面积(分米2),K:矫正系数,t:叶室温度。11.单株叶面积:采用烘干称重法,分米2。12.叶片解剖特征:将测定光合强度后的叶片,在叶脉一侧取一长方形小块,用FAA固定、乙醇系列脱水,石蜡包埋,横切片和平皮切片厚度均为10μ,蕃红——固绿染色。在光镜下用测微尺测定横切片的叶片厚度、栅栏和海绵组织厚度;平皮切片为连续切片,在光镜下用网形测微尺计数单位面积的栅栏细胞数目。每品种重复3次,每重复取1片叶,每叶观察10个视野,取其平均值。叶片厚度、栅栏和海绵组织厚度按下式计算:观察面积为4900μ213.单株粒重、单株粒数、百粒重、粒茎比:从每小区的中间行取样5株,按常规的室内考种方法进行。(三)统计分析方法方差、相关、通径分析:对各性状首先进行方差分析,剔除品种间差异不显著的性状,保留22个达到显著水准以上的性状,再进行相关、通径分析。分析方法按莫惠栋《农业试验统计》一书中所介绍的方法进行。全部计算过程在PC——1501型微机上完成。二、结果与分析(一)叶部各性状与产量的相关分析本试验以20个品种为试材,就18个叶部性状和4个产量性状进行相关分析,结果列于表2。现分述如下:1.叶部形态性状与单株粒重的相关性从表2可以看出:本试验所研究的单叶面积、叶长、叶宽、叶形指数、叶柄长度、叶脉厚度等6个叶部形态性状与单株粒重的相关系数分别为0.1610、-0.0728、0.2804、-02221、0.3575、0.1384,其中叶长、叶形指数与单株粒重呈负相关,其他4个性状呈正相关,但均未达到显著水准。2.各性状间的相关性从表2可以看出:所研究的叶绿素含量、叶片单位干重的全氮含量、叶片单位面积的全氮含量、比叶重、单株叶面积、单株叶重、光合强度等7个叶部生理性状与单株粒重的相关系数分别为0.4387、0.3710、0.2956、-0.0002、0.6519**、0.5492*、0.2210,除了比叶重表现为极小的负相关值以外,其他6个性状均与单株粒重呈正相关,其中单株叶重、单株叶面积分别达到了极显著水准,叶绿素含量、单位叶面积全氮含量的相关值也较高。此外,在7个叶部生理性状与产量性状之间,除了单位干重的全氮含量、单株叶面积与单株粒数呈显著正相关(0.5183*、0.4606*)外,其他各性状之间无论正、负相关均未达到显著水准。光合强度与单株粒数、粒茎比的相关系数分别为0.0215、0.3530,全部为正相关,但均未达到显著水准。3.叶片解剖特征与单株粒重的相关从表2可以看出:本试验所研究的气孔数目、栅栏细胞数目、叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度等5个叶片解剖特征与单株粒重的相关值均很小,分别为0.2888、0.2274、0.0400、0.0681、0.0744,有的几乎无关。此外,在叶片解剖特征与产量性状之间除了粒茎比与叶片厚度、海绵组织厚度呈显著正相关(0.4636*、0.5065*)外,其他各性状间无论正、负相关均未达到显著水准。(二)叶绿素和全氮含量对整株产量的影响为根据相关分析的结果,选出与单株粒重相关值较高以及目前报道中争议较大的叶部性状,加上粒茎比共10个性状,与单株粒重进行通径分析,以估计各性状对单株粒重的相对重要性,结果见表3、图1。从表3、图1可以看出,与单株粒重呈负相关的仅叶形指数、比叶重2个性状,其他8个性状均与单株粒重呈正相关,其中仅单株叶面积与单株粒重的相关值达到显著水准。相关系数与直接通径系数符号相反的有叶柄长度、光合强度、叶片厚度3个性状,其他7个性状的符号相同。现具体分析如下:1.叶形指数、叶柄长度对单株粒重的作用:叶形指数对单株粒重的直接作用表现为较小的负效应(-0.2168),倒是通过叶绿素含量的间接负效应和比叶重的间接正效应较大(0.2851)。在这两者的综合作用下,使其相关值负向略增(-0.2210),说明在一般情况下,选择圆叶品种对产量有利,但其主要是通过叶绿素含量和比叶重来实现的,故不必强调叶形本身的作用。叶柄长度对单株粒重的直接通径系数是一负值(-0.3479),而是通过叶绿素含量(0.4528)、单位叶面积全氮含量(0.2973)的间接正效应而掩盖了本身的直接负效应,使其表现为正相关(0.3575),说明选择叶柄长度的关键在于提高叶绿素和全氮含量,单纯增加叶柄长度反而会使产量降低。2.单位叶面积的叶绿素、全氮含量对单株粒重的作用:单位叶面积的叶绿素、全氮含量与单株粒重的相关系数(0.4387、0.2956)和直接通径系数(0.8994、0.6800)均为较高的正值,且后者远大于前者;两个性状通过比叶重的间接效应(-0.5360、-0.5491)均为较高的负值,因而减弱了本身的直接效应,使其相关值减小。此外,两个性状彼此的间接效应均为较高的正值(0.5694、0.7532),其中全氮通过叶绿素的间接效应大于自身的直接效应,说明叶片全氮主要是通过叶绿素作用于产量的,因而提高叶绿素和全氮含量,有利于产量的提高。3.比叶重、叶片厚度对单株粒重的作用:比叶重、叶片厚度与单株粒重的相关系数(-0.0002、0.0400),一正一负,且都很小,而直接通径系数均为较高的负值(-0.6803、-0.4038),这两个性状间彼此的间接效应均为负值(-0.2776-0.4667)。由于这两个性状通过叶绿素(0.7086、0.5100)、全氮(0.5488、0.4452)的间接正效应较大,从而掩盖了本身的直接负效应,表现出近似无关的极小的相关系数。说明这两个性状的选择只有结合叶绿素和全氮含量来进行,对于提高产量才有意义。4.栅栏细胞数目对单株粒重的作用:栅栏细胞数目对单株粒重的直接通径系数很高(0.7040),在这10个性状中居第二位。由于通过光合强度的间接负效应(-0.4280)掩盖了它本身的部分正效应,从而降低了其相关值(0.2274),说明增加单位叶面积栅栏细胞数目肯定有利于产量的提高。5.粒茎比对单株粒重的作用:粒茎比对单株粒重的直接通径系数为0.2748,再加上通过叶绿素含量(0.3893)、全氮含量(0.2923)的间接正效应,使其表现为较高的正相关值(0.4186),说明粒茎比增大,对于提高产量有利。6.单株叶面积和光合强度对单株粒重的作用:单株叶面积对单株粒重的直接通径系数为0.2919,再加上通过比叶重(0.3453)、叶片厚度(0.1937)、栅栏细胞数目(0.0871)、光合强度(0.0854)的间接正效应,使其表现为显著的正相关(0.5492*)。光合强度对单株粒重的直接通径系数为-0.5208,而是通过栅栏细胞数目(0.5787)、全氮(0.2077)、叶绿素(0.1903)的间接正效应掩盖了本身的直接负效应,使其表现为正相关(0.2210)。其所以出现以上的结果,是因为在本试验条件下,限制产量的主要因子是单株叶面积而不是光合强度。此外,单株叶面积本身的直接效应并不大,而是通过与光合强度关系较为密切的比叶重、叶片厚度、栅栏细胞数目(表2)以及光合强度的间接正效应,才使其表现为显著正相关的,说明单株叶面积主要还是通过单株的总光合强度而间接地作用于产量的。总之,只有在单株叶面积足够且适宜的基础上提高叶片的光合作用效率对于增产才有意义。以上进行通径分析的10个性状的复决定系数为0.8197,说明单株粒重表型均数总变异的82%可由所讨论的10个性状来解释,未知因子大约占18%。三、结论和讨论(一)叶形指数对粒重的影响关于叶部形态性状与光合强度及产量之间的关系报道甚少。本试验的结果是:叶部形态性状与单株粒重无论正负相关均未达到显著水准。叶形指数对单株粒重表现为较小的直接负效应,且小于通过叶绿素含量、比叶重的间接效应。说明就单株粒重的选择而言,不必强调叶部形态性状的作用。(二)叶片全氮、叶绿素含量对产量的影响关于叶绿素含量、全氮含量及比叶重与产量的关系,报道很多,但结果相差甚远。本试验的结果是:1.单位叶面积叶绿素含量、全氮含量均与单株粒重呈正相关,表现为正效应,说明提高叶片全氮、叶绿素含量有利于单株产量的提高。2.比叶重与单株粒重几乎无关,但表现为较大的直接负效应;且叶片厚度通过它对单株粒重的间接负效应大于自身的直接负效应。这说明,叶片厚度和比叶重虽然呈极显著正相关(0.6874**),但不能在任何场合都互相代替,因为比叶重是叶片厚度和叶片密度这两个性状的综合指标。同时证明了苗以农等(1981)所提出的以比叶重作为单独选择指标应十分慎重,这一观点是正确的。(三)光合强度与形态特征的关系目前关于大豆叶片解剖持征与光合强度及产量的关系研究的较少,深入开展这方面的研究对于揭示大豆品种间光合作用速率及产量差异的原因非常重要。本试验的研究结果认为:气孔数目、栅栏细胞数目、叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度等5个叶片解剖特征与光合强度的相关系数分别是0.0908、0.8219**、0.6358**、0.5813**、0.5147*,全部表现为正相关,其中除气孔数目的相关值极小以外,其它4个均达到显著水准以上;而它们与单株粒重的相关值均很小,有的几乎无关。此外,栅栏细胞数目对单株粒重的通径系数(直接)很高(0.7040),在所分析的10个性状中居第二位。这说明,单位面积的栅栏细胞数目不论对叶片的光合作用能力还是单株粒重都有不可忽视的作用,选择栅栏细胞数目多者,肯定能够提高叶片的光合作用能力,对于增加单株粒重也有利。(四)叶面积对产量的定义大豆叶片光合作用速率和产量之间的关系很复杂,在不同的研究者之间所得出的结果,往往是相互矛盾的,似乎两者之间没有明显的直接关系。本试验的结果是:光合强度对单株粒重表现为负效应,而是通过栅栏细胞数目、全氮、叶绿素含量的间接正效应,掩盖了其本身的直接负效应,使其表现为正相关;而单株叶面积对单株粒重表现为正效应,且通过其它性状的间接正作用,使其达到了显著正相关。其所以出现这种结果,是因为在本试验条件下,限制产量的主要因子是单株叶面积,而不是叶片的光合强度。小岛(1964)的试验结果也说明了这个问题,他在孤立条件下进行大豆品种间光合作用速率差异的研究,虽然“哈罗索伊”的单位光合作用