10个高粱品系叶片不同部位SPAD值的比较分析

张一中，周福平，张晓娟，范昕琦，赵文博，柳青山，杜维俊

（1.山西农业大学农学院，山西太谷030801；2.山西省农业科学院高粱研究所，高粱遗传与种质创新山西省重点实验室，山西晋中030600）

10个高粱品系叶片不同部位SPAD值的比较分析

张一中1，2，周福平2，张晓娟2，范昕琦2，赵文博2，柳青山2，杜维俊1

（1.山西农业大学农学院，山西太谷030801；2.山西省农业科学院高粱研究所，高粱遗传与种质创新山西省重点实验室，山西晋中030600）

为确定高粱叶片SPAD值的最佳测定位置，利用叶绿素计（SPAD-502Plus）对10个高粱恢复系同一叶片的叶尖部、叶中部、叶基部进行SPAD值测定，分析叶片不同部位SPAD值的分布及稳定性。结果表明，高粱品系HR的SPAD值最高，J9的SPAD值最低；10个高粱品系叶片不同测定位置上的SPAD值表现出一致的变化规律，即叶片中部＞叶片尖部＞叶片基部；叶片中部SPAD值的变异系数最小，数值相对稳定，可作为这10个高粱品系叶片SPAD值的适宜测定位置。表明叶片中部为较合适的测定部位，其SPAD值能较好地代表整个叶片的总叶绿素含量。

高粱；SPAD值；测定位置

叶绿素是绿色植物体内的基本色素，在光合作用的光能吸收、传递和转化中发挥着不可或缺的作用[1]，因此，叶片叶绿素含量可以作为反映作物生长健康状况及光合能力的一个重要指标[2]。传统的根据植物叶片鲜质量计量叶绿素含量的实验室测定方法可以评价植物的生长状况，但提取步骤繁琐，耗时较长，不适于大田试验大批量样品的测定，而且难以实现作物生长期间的实时监测[3]。叶绿素计SPAD（Soil plant analysis development，SPAD-502Plus）具有快速、简便和无损监测对象的特点，是田间作物叶片相对叶绿素含量测定的一种有效工具，常被用来监测诊断作物氮素营养状况[4-5]，并在玉米[6]、甜菜[7]、水稻[8]、烟草[9]等作物上得到广泛应用。植物叶片SPAD值变化存在着品种基因型、生育期、环境以及测定叶位和部位的差异。陈琴等[10]对5种牧草叶片上不同部位的SPAD值比较发现，同一叶片上的SPAD值都表现出叶尖部＞叶中部＞叶基部的特点。柯娴氡等[11]对南方4种木本植物的叶绿素相对含量测定发现，同种植物同一叶片上不同部位的SPAD值表现为叶尖部＜叶中部＜叶基部。李志宏等[12]研究结果表明，夏玉米叶片在距离叶基部55%的位置上SPAD值较大且偏差最小，而从叶基部开始40%～70%的区域测定值变异最小，因此，用叶绿素计测定叶片SPAD值时应选择叶基部开始40%～70%的区域。有关高粱叶片上SPAD值的分布情况和差异研究尚未见报道。

本试验利用叶绿素计（SPAD-502Plus）测定10个高粱品系叶片不同位置SPAD值，研究不同品系间叶绿素水平的差异，探讨SPAD叶绿素计在高粱上应用叶片适宜的测定位置，以期为使用SPAD叶绿素计在高粱上进行氮素营养监测提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

选用山西省农业科学院高粱研究所饲料高粱研究室自选和外引的高粱恢复系共10份，供试高粱品种如表1所示。

表1 供试高粱材料名称及编号

1.2 试验方法

试验材料于2016年在山西省农业科学院高粱研究所修文基地种植。每份材料种3行，行长5 m，小区面积15 m2，随机区组设计。播种前撒施普通复合肥（N∶P2O5∶K2O＝15∶15∶15）750 kg/hm2，然后旋耕，全生育期不再追肥，其他栽培措施同常规管理。

在开花期每个材料选取代表性植株30株，测定30株从穗部向下数第3片叶的SPAD值[13]，每片叶片测定3个位置，即叶尖部、叶中部和叶基部，计算3个位置的平均值为该叶片的SPAD值[4]。由于叶脉对SPAD-502Plus的读数有影响，因此，测量时应避开叶脉，以保证测量的准确性[10]。

利用变异系数来判断不同测定位置SPAD值的稳定性。变异系数为同一测定部位的标准差与该部位平均值的比值。变异系数越小，表示该部位的SPAD测定值越稳定[3]。

1.3 数据处理

采用Excel进行数据处理和作图，SPSS 19.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同高粱品系叶片SPAD值的差异分析

从图1可以看出，不同高粱品系叶片SPAD值的变化范围在41.14～64.14，其中，HR的SPAD值最高，但与L17，gd1697-2，忻粱7号，L22，D10R间差异不显著（P＞0.05），与09279R，L2R，053016R，J9间差异显著（P＜0.05）。D10R，gd1697-2，L22，忻粱7号，053016R，L2R，09279R的SPAD值呈递减趋势，但品系之间无显著差异（P＞0.05）。J9的SPAD值最低，与053016R，L2R，09279R间差异不显著（P＞0.05），与其他5个品系差异显著（P＜0.05）。

2.2 高粱叶片不同测定位置的SPAD值比较分析

从表2可以看出，10个高粱品系叶片不同测定位置上的SPAD值是不一样的，并且都表现出一致的变化规律，即叶片中部＞叶片尖部＞叶片基部。显著性分析表明，HR的叶片尖部和叶片中部的SPAD值间差异不显著（P＞0.05），但与叶片基部差异显著（P＜0.05）；其余9个品系的3个测定部位之间的SPAD值均呈显著性差异（P＜0.05）。

表2 高粱叶片不同测定位置的SPAD值比较

2.3 高粱叶片不同测定部位SPAD值的稳定性差异

叶片测定部位的选择是SPAD叶绿素仪使用的关键，直接关系到测量值是否能够代表整个叶片叶绿素含量的相对值，变异系数越小，则说明该测定部位的数据越稳定[3]。从表3可以看出，大多数高粱品系表现出测定部位在叶片中部的时候，变异系数最小，并且与其他2个测定部位相比，差异还比较大。只有D10R叶片尖部和叶片中部的变异系数较为接近，分别为1.40%和1.49%。综合来看，这10个高粱品系叶片的SPAD值均在叶片中部表现数值相对稳定的特点，因此，测定叶片的SPAD值时，应选择在叶片中部。

表310 个高粱品系叶片不同测定部位SPAD值的稳定性分析

3 结论与讨论

叶绿素计（SPAD-502Plus）的测量值反映的是作物叶片中的叶绿素含量，它根据在叶绿素吸收率不同的2个波段中叶片的光透射量来计算叶绿素值[14-15]。SPAD值广泛地应用在玉米[16]、小麦[17]、棉花[18]、马铃薯[19]和大麦[20]等农作物氮素营养诊断及推荐施肥的研究领域。随着研究的深入，SPAD计快速、方便、非破坏性等特点也在其他研究方向中得到应用。杨虎等[21]通过未遮阴和遮阴的方法观察水稻冠层叶片SPAD值、叶绿素含量等生理形态指标的变化，建立了SPAD值与光系统II（PSII）最大量子产量（Fv/Fm）之间的回归关系，确定SPAD计可以快速、无损、有效地评估水稻冠层叶片的光合作用进程。郭建文[22]研究表明，喷施除草剂硝磺草酮5 d后玉米叶片SPAD值与15 d后的株高、地上部鲜质量呈显著正相关，即SPAD值越低，株高及地上部鲜质量越小，玉米受除草剂药害越重。高飞等[23]研究发现，小麦顶一叶SPAD递减速率与籽粒蛋白质含量之间呈显著负相关，可以利用顶一叶SPAD值的递减速率来对籽粒蛋白质含量进行预测，以减轻品质育种工作量。还有研究表明，花生SPAD值不存在基因型、生育时期和水分状况之间互作，同一品种在不同生育期和水分状况下是稳定的[24]。

SPAD值受作物品种、发育时期等多个因素影响，而叶片测定位置是影响SPAD值精确度和稳定性的因素之一。本研究发现，10个高粱品系叶片SPAD值变化较大，HR和L17的SPAD值相对较高，但与gd1697-2，忻粱7号，L22，D10R差异不显著，与09279R，L2R，053016R，J9差异显著。D10R，gd1697-2，L22，忻粱7号，053016R，L2R，09279R的SPAD值呈递减趋势，但品系之间无显著差异。表明有些高粱品系SPAD值较为接近，有些品系则差异比较大。10个高粱品系叶片不同测定部位的SPAD值表现为叶片中部＞叶片尖部＞叶片基部，并且叶片中部的变异系数较小，数据稳定性也较好，因此，在使用叶绿素计测定叶片相对叶绿素含量时，叶片中部为较合适的测定部位，其SPAD值能较好地代表整个叶片的总叶绿素含量。这与在冬小麦[12]、玉米[16]上的研究结果基本一致。这可能是由叶片生长发育期间叶片不同部位的组织结构组分及其功能变化造成的。通常情况下，禾本科植物如玉米、高粱等狭长叶片的基部、中上部和顶端可能分别处在幼龄、成龄和老龄3个阶段，因此，叶片中上部的叶绿素含量相对较高，叶片顶端次之，叶片基部最低，而光合速率也表现出同样的规律，叶片中上部具有最高的光合能力，叶片顶端光合速率较高，基部的光合速率最低[25]。

高粱不同叶位叶片的生理状况和细胞组织结构有所不同，而本试验仅对高粱同一功能叶的不同部位SPAD值进行了测定，确定了最佳测定部位，而不同叶位SPAD值与叶片含氮率及植株含氮率的相关性，以及叶片SPAD值与叶绿素含量的相关模型建立，还有待于进一步研究。

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声明

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《山西农业科学》编辑部

Comparison of SPAD Value of Different Parts in Ten Sorghum Cultivars Leaves

ZHANGYizhong1，2，ZHOUFuping2，ZHANGXiaojuan2，FANXinqi2，ZHAOWenbo2，LIUQingshan2，DUWeijun1
（1.College ofAgronomy，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China；2.Institute ofSorghum，Shanxi Academy ofAgricultural Sciences，Shanxi KeyLaboratoryofSorghumGenetic and GermplasmInnovation，Jinzhong030600，China）

To determine the optimal location ofSPAD value ofsorghum leaves，SPAD values ofleaftip，leafmiddle and leaf bottom on the same leafwere measured usingthe equipment SPAD-502Plus for the sorghumcultivars.The results indicated that the SPAD value ofHR was the highest，and J9 had the lowest SPAD value.The SPAD value of10 sorghum lines at different positions showed a consistent change pattern，following the order：the middle leaf＞the tip leaf＞the base leaf.The coefficient of variation of SPAD value in the middle leaves was the least，and the values were relatively stable，which could be used as a suitable location for the SPAD value of the 10 sorghumlines.Therefore,the middle leafis suitable measuringposition,when usingSPADtoevaluate the chlorophyll ofsorghumleaf.

sorghum;SPADvalue;measuringposition

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.07

S514

：A

：1002-2481（2017）05-0703-04

2017-02-04

山西省农业科学院生物育种工程项目；山西省农业科学院特色农业技术攻关项目；山西省农业科学院高粱研究所所级项目（GLS 2013-6）

张一中（1986-），男，山西浑源人，在读硕士，研究方向：高粱遗传育种。杜维俊为通信作者。