观察植物叶片结构图

观察植物叶片结构图（通用8篇）

观察植物叶片结构图 篇1

“观察植物叶片结构”实验教学设计

武穴市凤咀中学

郭 婷

一、实验内容：观察植物叶片结构

二、教材分析：

本实验选自人教版七年级上册第三单元第三章“绿色植物参与生物圈水循环”。叶片是植物的主体，是植物蒸腾作用、光合作用的主要场所。认识叶片的结构对于学习后面的蒸腾作用和光合作用打下坚实基础。也体现了生物学科结构与生理功能相适应的基本观点。本实验要求指导学生制作叶的徒手切片并在显微镜下观察，从而识别叶片的结构。领悟叶片与植物蒸腾作用相适应的结构特点。本节内容涵盖了生物实验教学中的许多内容：

1、徒手切片及临时装片的制作；

2、显微镜的实用；

3、生物绘图等知识与技能。

因此本实验的教学在整册实验教学中更具举足轻重的作用！

三、学情分析：

本次实验是学生已经学习了“水分进入植物体内的途径”和“蒸腾作用”的概念后进行的。七年级的学生具备一定的观察能力，并且对身边的生物现象和规律充满了好奇，但对于生物结构与功能相适应的观点理解不深刻。做实验的时候，总有一小部分同学不知做什么？该怎么做？对于这一部分学生应让小组组长一对一的辅助！

四、实验改进、几点创新：

1、实验工具：刀片

教材中：双联刀法。刀片太薄，以至于两个刀片并列后其刀刃紧贴在一起，中间缝隙太小，拉不出材料

改进：将双联刀片改为三联刀片：将三片刀片叠在一起，第一、第三片刀面齐平，中间一片往上抽取2—3毫米，用透明胶带将中间刀片突出的一端缠绕起来，以免伤到手。这样可以保证取到实验材料。

2、实验方法：每切一次后取材料

教材中：每切一次，刀片要沾水一次，以便将切下的薄片放入盛有清水的培养皿中。改进：每切一次后，可用占有清水的毛笔将薄片从刀片上轻轻刷下来。

3、实验步骤：设置对照实验

教材中：观察叶的下表皮，在低倍镜下找到保卫细胞。学生可以找到保卫细胞，但对气孔没有什么感性的认识。改进：在观察叶片结构后设置新鲜叶片下气孔状态和萎蔫叶片气孔状态对照试验。可以很明显看到新鲜叶片的气孔是张开的，萎蔫叶片的气孔是关闭的。这样一组对照试验可以让学生很清晰地发现气孔的开闭与体内水分含量有关！为后面学习光合作用与呼吸作用打下基础！

观察是人类获取信息的重要手段之一。培养学生的观察能力是每位教师实验教学的重点。

五、实验目标：

知识技能：能够准确描述叶片各结构与其功能相适应的特征。

能力目标： 尝试制作叶的徒手切片，使用显微镜观察叶的结构，在观察活动中，学生的基本技能、实践能力和思维能力等方面得到一定的发展。

情感态度与价值观：参与制作徒手切片，体验实验活动过程，养成胆大心细、认真仔细的科学品质并强化安全意识；进一步领会科学探究的一般方法。

六、实验重难点：

1、练习徒手切片；

2、认识叶片的结构；

3、学会画叶片的表皮细胞和保卫细胞；

4、观察植物气孔。

七、课前准备：新鲜叶片（菠菜），新鲜韭菜叶和萎蔫韭菜叶，显微镜，镊子，载玻片，盖玻片，叶片永久装片，盛有清水的培养皿，滴管，吸水纸，毛笔，小块木板。

课件，视频

八、教学过程：

导入：演示实验导入，明确叶片是蒸腾作用的主要场所

问：水分如何从叶片散失到大气中？

实验观察，获取新知

活动一：练习徒手切片，观察叶片结构

1、观看视频，明确实验步骤。

2、学生实验

3、课件展示叶片结构的图像示例

活动二：总结叶片结构

观察是人类获取信息的重要手段之一。培养学生的观察能力是每位教师实验教学的重点。

活动三：探究气孔张开和关闭的奥秘

1.证明气孔的存在

通过注射器和橡胶管链接刚摘下来的叶片和叶柄，然后把叶片浸入水中，通过注射气体观察现象。可以很明显看出气体从叶片的气孔出来。使学生更直观的感受到气孔的存在。

2.气孔的开闭与植物体内水分有关

每个小组分别用新鲜的韭菜和萎蔫的韭菜叶制作徒手切片观察气孔开闭状态 发现：叶片气孔的开闭和叶片水分含量有关；水分就是从气孔散失到大气中。

实验小结，谈收获

本次实验你有哪些收获？

请你回答：水分如何从植物体内散失到大气中？

巩固提高

1、春季植树时，移栽的树苗常被剪去了大量的枝叶，这是为什么？

教学反思：

由于本次实验是教材安排在绿色植物与生物圈的水循环这一章节，因此我更多的是引导学生去发现和观察气孔的结构功能特点。忽略了叶片正反面颜色的区别这一知识点。由于时间安排，这一知识点我没有涉及到。下次在上课的时候还是要为学生提及。为后面的光合作用打下基础！

观察是人类获取信息的重要手段之一。培养学生的观察能力是每位教师实验教学的重点。

观察植物叶片结构图 篇2

1 叶片的结构

通常被子植物叶由表皮、叶肉、叶脉组成。表皮覆盖着整个叶片, 分为上表皮和下表皮, 它不含叶绿体, 细胞间没有间隙, 形状十分规则;叶表皮上面附有角质层, 具有减少水分蒸腾与保护叶肉细胞避免其受机械损伤的作用;表皮细胞上面一般会分布各种表皮毛和气孔器, 气孔器的类型与表皮毛的数量随着植物类型的不同而有差别。上下表皮层以内的绿色同化组织为叶肉细胞, 富含叶绿体, 是叶片进行光合作用的场所;叶肉细胞由栅栏组织和海绵组织构成, 有些植物叶片叶肉组织有明显的栅栏组织和海绵组织的分化, 叫异面叶;而有些植物不明显, 称为等面叶, 单子叶植物的叶多数都属于此种类型。叶脉是叶片中的维管束, 叶片中脉明显粗大, 在中脉较大维管束的上、下两侧有发达的后壁组织与表皮细胞相连, 增加了机械支持力。禾本科植物表皮细胞也有泡状细胞 (运动细胞) 的分化, 在植物叶片卷曲、伸展运动中起着重要的作用[3]。

2 叶片结构对环境的响应

植物对自身生长的生态环境有特定的响应和适应, 在适应多样化环境的过程中, 叶片各结构表现出了各自的响应特点, 构成了类型繁多的响应模式[3]。

一些旱生植物在适应干旱环境时尽量缩小其叶面积以减少蒸腾量[4], 如刺石竹 (Acanthophyllum pungens) 、麻黄 (Ephedra sinica) ;叶片厚度也常作为衡量植物抗旱性的一个指标, 植物叶片越厚, 储水能力越强, 而一般认为, 小叶型也是耐旱的一种特征, 细小的叶型可以减少水分蒸发面积[5]。

植物叶片表面角质层、硅质及绒毛等对叶片具有保护作用, 在控制水分散失和光热伤害方面具有重要生理生态意义。表皮毛不仅能够反射阳光, 防止强光对叶片的伤害, 而且能够降低叶表面温度, 从而间接地降低蒸腾作用。薄叶旱生植物体通常密被灰白色或白色绒毛, 起到缓和强光的作用, 保护叶绿素不致因强光而被破坏[6]。

气孔器是植物叶片与周围空气之间交换气体的器官, 由于影响光合作用的一个主要因子为CO2的浓度[7], 大的气孔密度会增加CO2的吸收量, 导致强光合速率的提高, 因此在干旱环境下的植物叶片气孔密度越大, 越有利于充分利用短时间的有效水分[8]。

角质层由不透水的脂类物质组成, 能够防止植物体内水分的过分蒸腾, 保持植物叶片水分, 在控制水分散失和光热伤害方面具有重要的生理生态意义。水分子在角质层扩散的阻力通常是很大的, 植物叶片表皮外壁角质层片层的排列方式、密度以及厚度因物种与环境的不同而不同。为了更好地适应缺水、高温等干旱环境, 植物叶片角质层加厚, 增加水分的扩散阻力, 使叶片叶肉细胞更有效地利用水分, 更好地保护叶肉组织避免被强光灼伤[9]。

叶肉组织中栅栏组织发达 (厚度增加) 而海绵组织退化 (厚度减小) 也是旱生植物区别于中生植物的一个重要特征。在叶片的组织形态建造过程中, 当环境条件逐步恶劣时, 植物有叶片增厚、栅栏组织增加、叶肉组织结构紧密度增加等现象。在干旱条件下有些植物不同发育时期的叶片都具有发达的栅栏组织, 同时海绵组织全部分化为栅栏组织, 成为等面叶;有些禾本科植物的成龄叶上下栅栏组织中间有栅栏组织向海绵组织过渡的现象, 这种细胞较小, 为长椭圆状, 有细胞间隙, 但又不与典型的海绵组织相似。另外, 叶肉栅栏组织与海绵组织的分化程度可反映环境中的水分状态。在一定的环境条件下存在着一个最佳的栅栏组织/海绵组织厚度比值, 该比值相对较大的植物可能具有较大的净光合作用速率[10]。但也有人认为该值是较为稳定的结构参数[1]。

植物叶脉维管束对环境胁迫的适应方式是具有比较密集的维管束, 维管组织发达, 使其疏导能力和支持能力增强等;同时叶片主脉厚度、导管直径及导管密度也相应地增加, 从而增加输导水分的能力, 以提高对干旱的抵抗和适应能力[11]。

植物叶片形态结构对恶劣环境响应的另外一种重要途径是叶片的运动调整[3]。叶卷曲是禾本科植物中常见的一种对干旱胁迫的生理生态反应现象, 它可导致有效叶面积显著减小, 减轻叶片的能量负荷, 降低蒸腾作用, 并增加水分利用效率。禾本科植物运动细胞通过吸水与失水过程调节叶片卷曲程度, 从而调节植物的水分平衡[12]。

3 植物叶片形态特征是对环境因子的综合响应

植物叶片形态结构能反映环境因子对植物的影响, 同时叶片形态结构的发展也是对水分、热量、光照等环境因子做出的综合响应。比如生长在热量高又极干旱区域的植物通常表皮被厚厚的角质层, 这既避免了强光的灼伤又起到了减少水分蒸腾的作用[13];荒漠区植物的叶子通常肉质化并退化形成刺状或鳞片状, 这种肉质的叶子既可以有效地储藏水分而且可以通过缩小暴露在空气中的叶面积来减少水分蒸腾[14];干旱区植物叶表皮密生的白色柔毛可以在照射强光时反射阳光, 并且充分有效地吸收空气中的水汽[15]。

摘要：植物在生长过程中受到干旱、盐碱、低温 (冷害、冻害) 、高温等环境因子的影响, 而叶片作为植物光合作用的主要器官和植物进行生命活动的主要部位, 是对逆境反应最敏感的部位。综述了植物为了适应自身生长的不同环境, 其叶片大小、表皮毛、气孔、角质层、表皮细胞、栅栏组织、海绵组织、维管束等结构的响应特征。

观察植物叶片结构图 篇3

摘 要：为了筛选出抗旱性强的豆科植物用于北方干旱地区的栽培，以刺槐、合欢、柠条、伞房决明为试材，通过徒手切片，观察植物的叶片角质层、表皮层、栅栏组织层、叶片等的厚度，测定主脉的粗度、栅海比、叶片组织紧密度等7项指标。结果显示：柠条的角质层最厚，为13.31 μm；其余依次为伞房决明、刺槐和合欢；合欢最薄，为2.64 μm。表皮层最厚为柠条，为33.66 μm；其余依次为刺槐、伞房决明和合欢；合欢最薄，为16.61 μm。栅栏组织层最厚的是柠条，为338.8 μm；其余依次为伞房决明、刺槐和合欢；合欢最薄，为115.5 μm。叶片最厚的是柠条，为477.4 μm；其次为伞房决明、刺槐；最薄的是合欢，为290.4 μm。叶片主脉最粗的是伞房决明，为660.3 μm；其次为柠条、刺槐；合欢最薄，为343.2 μm。栅栏组织和海绵组织比值由高到低依次为柠条、伞房决明、合欢和刺槐。组织结构紧密度依次为柠条、伞房决明、合欢和刺槐。综合分析认为，4种豆科植物的抗旱性为：柠条>伞房决明>刺槐>合欢。

关键词：徒手切片；柠条；伞房决明；抗旱性；解剖

中图分类号：Q944 文献标识码： A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.001

干旱是目前制约农业生产的一个全球性问题，也是限制植物生长发育的重要环境因子。在中国干旱、半干旱区的面积占全国总土地面积的47%，限制了植物的生长发育，进而导致区域内植物的种类较少，资源贫乏，给现代城市绿化工作增加了较大的难度，因此大力推广种植抗旱适生植物[1]，已经成为了一种适应环境和形势的要求。近年来，通过叶片解剖结构评价植物抗旱性的研究较多[2-4]，但针对豆科植物叶片解剖结构的相关研究还比较缺乏。豆科植物适应性强，观赏价值高，在北方城市园林绿化中占有十分重要的地位。因此，有必要对豆科植物的抗旱性进行评价。本研究对4种豆科园林植物的叶片解剖结构进行观察，分析了植物适应干旱环境的叶片结构特征，并对其抗旱性进行了评价，以期为城市绿化树种的选择和配置提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试材刺槐（Robinia pseudoacacia）、合欢（Albizia julibrissin）、柠条（Caragana korshinskii）、伞房决明（Cassia corymbosa）均采自天津农学院园林植物培养室。

1.2 试验方法

选取生长健壮、生长一致的苗木的中部成熟叶片，沿中脉两侧取宽0.5 cm的小片，用白萝卜做夹持物，制作叶片的徒手切片[5-6]。

1.3 数据与计算

每种植物随机取10个切片，3次重复，用LEICA-DM200型显微镜观察，并用测微尺测量各叶片的厚度、叶肉的厚度、栅栏组织和海绵组织的厚度、表皮的厚度、叶脉处叶片的厚度（横切面），计算栅栏组织/海绵组织（栅海比）、叶片组织结构紧密度（CTR%）等指标。

叶片组织结构紧密度（CTR）=栅栏组织厚度/叶片厚度×100%

2 结果与分析

2.1 4种豆科植物叶片角质层厚度的比较

2.2 4种豆科植物叶片表皮厚度的比较

2.3 4种豆科植物叶片栅栏组织厚度的比较

2.4 4种豆科植物叶片厚度的比较

2.5 4种豆科植物叶片主脉粗度的比较

2.6 4种豆科植物叶片栅海比及组织紧密度的比较

植物叶片的栅栏组织与海绵组织的分化程度反映了其生长环境的水分状态[9]。一般地，在旱生条件下，植物的栅栏组织常有多层，而其海绵组织则较少。栅海比及叶片组织紧密度都是反映植物抗旱的重要指标[10，14]。由图5可以看出，柠条的栅海比为3.9，组织紧密度为79.8%，均为最大；伞房决明次之，合欢和刺槐均最小，表明柠条的栅栏组织比较发达，对干旱的适应能力较强。

3 讨论与结论

3.1 4种植物的叶片结构与抗旱性

根据上述4种植物的叶片横切面的结构，可以看出，叶片角质层厚度为柠条>伞房决明>刺槐>合欢，叶片表皮厚度为柠条>刺槐>伞房决明>合欢，栅栏组织厚度依次为柠条>伞房决明>刺槐>合欢，叶片横切面厚度依次为柠条>刺槐和伞房决明>合欢，主脉粗度依次为伞房决明>柠条>刺槐>合欢，栅海比和叶片组织紧密度依次为柠条>伞房决明>合欢和刺槐。即7项指标表明柠条的抗旱性最强，表现为叶片角质层最厚、叶片表皮最厚、栅栏组织层最厚、叶片最厚、栅海比最高、叶片组织紧密度最高；合欢抗旱性最弱，各项指标均最低。比较各项指标刺槐和伞房决明抗旱性居中，其中，伞房决明的抗逆性略强于刺槐。

3.2 植物抗旱性的复杂性与综合评价

植物抗旱是对干旱条件长期适应的一种遗传特性，不仅与其内部生理生化活动和外界条件有关，而且取决于植物自身的形态结构特征。因此，要正确评价植物抗旱性应该从多方面进行综合考察。即在进行解剖结构观察的同时，还应进一步观察苗木对干旱条件的反应，观察其的水分状况、生理生化和形态变化等。笔者比较了4种豆科植物在田间和温室内的生长表现，发现上述解剖结构观测的结果与植株的生长表现基本一致，即为柠条>伞房决明>刺槐>合欢。

植物的解剖结构，特别是叶片的结构也是随着植物的生长发育和生长的环境条件不同而改变的。如在逆境下，植物的角质层通常会加厚。同样植物的叶片厚度也会因植物的生长环境而改变，如高大的植株中部的叶片较大、较薄，而外部的叶片相对较小和较厚。所以，选择生长环境一致的、生长时期相同的叶片，进行结构分析比较准确。

参考文献：

[1] 王忠.植物生理学[M].北京：中国农业出版社，2000：454-459.

[2] 薛智德，韩蕊莲，侯庆春，等.延安地区5种灌木叶旱性结构的解剖研究[J].西北植物学报，2004，24（7）：1 200-1 206.

[3] 朱栗琼，李吉跃，招礼军.六种阔叶树叶片解剖结构特征及耐旱性比较[J].广西植物，2007，27（3）：431-434.

[4] 崔宏安，刘莉丽，陈铁山，等.葛藤不同类型叶耐旱结构的比较解剖学研究[J].西北植物学报，2003，23（12）：2 211-2 215.

[5] 金银根.植物学实验与技术[M].北京：科学出版社，2007：19.

[6] 李和平.植物显微技术[M].北京：科学出版社，2009：49-50.

[7] 江川，罗大庆，王立辉.西藏半干旱区5种灌木叶片结构的抗旱特征研究[J].西北林学院学报，2011，26（4）：13-17.

[8] 刘冰浩，陈国平，牛英，等.柚叶片与抗旱性相关的解剖结构指标研究[J].北方园艺，2011（13）：9-12.

[9] 陈雪梅，王友保.浅谈叶片结构对环境的适应[J].安徽农学通报，2007，13（19）：80-81.

[10] 韩刚，李少雄，徐鹏，等.6种灌木叶片解剖结构的抗旱性分析[J].西北林学院学报，2006，21（4）：43-46.

[11] 刘红茹，冯永忠，王得祥.延安5种木犀科园林植物叶片结构及抗旱性研究[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2013，41（2）：75-80.

[12] 马小芬，王兴芳，李强.不同种源地文冠果叶片解剖结构比较及抗旱性分析[J].干旱区资源与环境，2013，27（6）：92-96.

[13] 王丹，史滟滪，骆建霞，等.亮叶忍冬与蔓生紫薇叶片解剖结构与抗旱性的关系[J].北方园艺，2010（13）：85-87.

[14] 李芳兰，包维楷.植物叶片形态解剖结构对环境变化的响应与适应[J].植物学通报，2005，22（S1）：118-127.

摘 要：为了筛选出抗旱性强的豆科植物用于北方干旱地区的栽培，以刺槐、合欢、柠条、伞房决明为试材，通过徒手切片，观察植物的叶片角质层、表皮层、栅栏组织层、叶片等的厚度，测定主脉的粗度、栅海比、叶片组织紧密度等7项指标。结果显示：柠条的角质层最厚，为13.31 μm；其余依次为伞房决明、刺槐和合欢；合欢最薄，为2.64 μm。表皮层最厚为柠条，为33.66 μm；其余依次为刺槐、伞房决明和合欢；合欢最薄，为16.61 μm。栅栏组织层最厚的是柠条，为338.8 μm；其余依次为伞房决明、刺槐和合欢；合欢最薄，为115.5 μm。叶片最厚的是柠条，为477.4 μm；其次为伞房决明、刺槐；最薄的是合欢，为290.4 μm。叶片主脉最粗的是伞房决明，为660.3 μm；其次为柠条、刺槐；合欢最薄，为343.2 μm。栅栏组织和海绵组织比值由高到低依次为柠条、伞房决明、合欢和刺槐。组织结构紧密度依次为柠条、伞房决明、合欢和刺槐。综合分析认为，4种豆科植物的抗旱性为：柠条>伞房决明>刺槐>合欢。

关键词：徒手切片；柠条；伞房决明；抗旱性；解剖

中图分类号：Q944 文献标识码： A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.001

干旱是目前制约农业生产的一个全球性问题，也是限制植物生长发育的重要环境因子。在中国干旱、半干旱区的面积占全国总土地面积的47%，限制了植物的生长发育，进而导致区域内植物的种类较少，资源贫乏，给现代城市绿化工作增加了较大的难度，因此大力推广种植抗旱适生植物[1]，已经成为了一种适应环境和形势的要求。近年来，通过叶片解剖结构评价植物抗旱性的研究较多[2-4]，但针对豆科植物叶片解剖结构的相关研究还比较缺乏。豆科植物适应性强，观赏价值高，在北方城市园林绿化中占有十分重要的地位。因此，有必要对豆科植物的抗旱性进行评价。本研究对4种豆科园林植物的叶片解剖结构进行观察，分析了植物适应干旱环境的叶片结构特征，并对其抗旱性进行了评价，以期为城市绿化树种的选择和配置提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试材刺槐（Robinia pseudoacacia）、合欢（Albizia julibrissin）、柠条（Caragana korshinskii）、伞房决明（Cassia corymbosa）均采自天津农学院园林植物培养室。

1.2 试验方法

选取生长健壮、生长一致的苗木的中部成熟叶片，沿中脉两侧取宽0.5 cm的小片，用白萝卜做夹持物，制作叶片的徒手切片[5-6]。

1.3 数据与计算

每种植物随机取10个切片，3次重复，用LEICA-DM200型显微镜观察，并用测微尺测量各叶片的厚度、叶肉的厚度、栅栏组织和海绵组织的厚度、表皮的厚度、叶脉处叶片的厚度（横切面），计算栅栏组织/海绵组织（栅海比）、叶片组织结构紧密度（CTR%）等指标。

叶片组织结构紧密度（CTR）=栅栏组织厚度/叶片厚度×100%

2 结果与分析

2.1 4种豆科植物叶片角质层厚度的比较

2.2 4种豆科植物叶片表皮厚度的比较

2.3 4种豆科植物叶片栅栏组织厚度的比较

2.4 4种豆科植物叶片厚度的比较

2.5 4种豆科植物叶片主脉粗度的比较

2.6 4种豆科植物叶片栅海比及组织紧密度的比较

植物叶片的栅栏组织与海绵组织的分化程度反映了其生长环境的水分状态[9]。一般地，在旱生条件下，植物的栅栏组织常有多层，而其海绵组织则较少。栅海比及叶片组织紧密度都是反映植物抗旱的重要指标[10，14]。由图5可以看出，柠条的栅海比为3.9，组织紧密度为79.8%，均为最大；伞房决明次之，合欢和刺槐均最小，表明柠条的栅栏组织比较发达，对干旱的适应能力较强。

3 讨论与结论

3.1 4种植物的叶片结构与抗旱性

根据上述4种植物的叶片横切面的结构，可以看出，叶片角质层厚度为柠条>伞房决明>刺槐>合欢，叶片表皮厚度为柠条>刺槐>伞房决明>合欢，栅栏组织厚度依次为柠条>伞房决明>刺槐>合欢，叶片横切面厚度依次为柠条>刺槐和伞房决明>合欢，主脉粗度依次为伞房决明>柠条>刺槐>合欢，栅海比和叶片组织紧密度依次为柠条>伞房决明>合欢和刺槐。即7项指标表明柠条的抗旱性最强，表现为叶片角质层最厚、叶片表皮最厚、栅栏组织层最厚、叶片最厚、栅海比最高、叶片组织紧密度最高；合欢抗旱性最弱，各项指标均最低。比较各项指标刺槐和伞房决明抗旱性居中，其中，伞房决明的抗逆性略强于刺槐。

3.2 植物抗旱性的复杂性与综合评价

植物抗旱是对干旱条件长期适应的一种遗传特性，不仅与其内部生理生化活动和外界条件有关，而且取决于植物自身的形态结构特征。因此，要正确评价植物抗旱性应该从多方面进行综合考察。即在进行解剖结构观察的同时，还应进一步观察苗木对干旱条件的反应，观察其的水分状况、生理生化和形态变化等。笔者比较了4种豆科植物在田间和温室内的生长表现，发现上述解剖结构观测的结果与植株的生长表现基本一致，即为柠条>伞房决明>刺槐>合欢。

植物的解剖结构，特别是叶片的结构也是随着植物的生长发育和生长的环境条件不同而改变的。如在逆境下，植物的角质层通常会加厚。同样植物的叶片厚度也会因植物的生长环境而改变，如高大的植株中部的叶片较大、较薄，而外部的叶片相对较小和较厚。所以，选择生长环境一致的、生长时期相同的叶片，进行结构分析比较准确。

参考文献：

[1] 王忠.植物生理学[M].北京：中国农业出版社，2000：454-459.

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[4] 崔宏安，刘莉丽，陈铁山，等.葛藤不同类型叶耐旱结构的比较解剖学研究[J].西北植物学报，2003，23（12）：2 211-2 215.

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[6] 李和平.植物显微技术[M].北京：科学出版社，2009：49-50.

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[8] 刘冰浩，陈国平，牛英，等.柚叶片与抗旱性相关的解剖结构指标研究[J].北方园艺，2011（13）：9-12.

[9] 陈雪梅，王友保.浅谈叶片结构对环境的适应[J].安徽农学通报，2007，13（19）：80-81.

[10] 韩刚，李少雄，徐鹏，等.6种灌木叶片解剖结构的抗旱性分析[J].西北林学院学报，2006，21（4）：43-46.

[11] 刘红茹，冯永忠，王得祥.延安5种木犀科园林植物叶片结构及抗旱性研究[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2013，41（2）：75-80.

[12] 马小芬，王兴芳，李强.不同种源地文冠果叶片解剖结构比较及抗旱性分析[J].干旱区资源与环境，2013，27（6）：92-96.

[13] 王丹，史滟滪，骆建霞，等.亮叶忍冬与蔓生紫薇叶片解剖结构与抗旱性的关系[J].北方园艺，2010（13）：85-87.

[14] 李芳兰，包维楷.植物叶片形态解剖结构对环境变化的响应与适应[J].植物学通报，2005，22（S1）：118-127.

摘 要：为了筛选出抗旱性强的豆科植物用于北方干旱地区的栽培，以刺槐、合欢、柠条、伞房决明为试材，通过徒手切片，观察植物的叶片角质层、表皮层、栅栏组织层、叶片等的厚度，测定主脉的粗度、栅海比、叶片组织紧密度等7项指标。结果显示：柠条的角质层最厚，为13.31 μm；其余依次为伞房决明、刺槐和合欢；合欢最薄，为2.64 μm。表皮层最厚为柠条，为33.66 μm；其余依次为刺槐、伞房决明和合欢；合欢最薄，为16.61 μm。栅栏组织层最厚的是柠条，为338.8 μm；其余依次为伞房决明、刺槐和合欢；合欢最薄，为115.5 μm。叶片最厚的是柠条，为477.4 μm；其次为伞房决明、刺槐；最薄的是合欢，为290.4 μm。叶片主脉最粗的是伞房决明，为660.3 μm；其次为柠条、刺槐；合欢最薄，为343.2 μm。栅栏组织和海绵组织比值由高到低依次为柠条、伞房决明、合欢和刺槐。组织结构紧密度依次为柠条、伞房决明、合欢和刺槐。综合分析认为，4种豆科植物的抗旱性为：柠条>伞房决明>刺槐>合欢。

关键词：徒手切片；柠条；伞房决明；抗旱性；解剖

中图分类号：Q944 文献标识码： A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.001

干旱是目前制约农业生产的一个全球性问题，也是限制植物生长发育的重要环境因子。在中国干旱、半干旱区的面积占全国总土地面积的47%，限制了植物的生长发育，进而导致区域内植物的种类较少，资源贫乏，给现代城市绿化工作增加了较大的难度，因此大力推广种植抗旱适生植物[1]，已经成为了一种适应环境和形势的要求。近年来，通过叶片解剖结构评价植物抗旱性的研究较多[2-4]，但针对豆科植物叶片解剖结构的相关研究还比较缺乏。豆科植物适应性强，观赏价值高，在北方城市园林绿化中占有十分重要的地位。因此，有必要对豆科植物的抗旱性进行评价。本研究对4种豆科园林植物的叶片解剖结构进行观察，分析了植物适应干旱环境的叶片结构特征，并对其抗旱性进行了评价，以期为城市绿化树种的选择和配置提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试材刺槐（Robinia pseudoacacia）、合欢（Albizia julibrissin）、柠条（Caragana korshinskii）、伞房决明（Cassia corymbosa）均采自天津农学院园林植物培养室。

1.2 试验方法

选取生长健壮、生长一致的苗木的中部成熟叶片，沿中脉两侧取宽0.5 cm的小片，用白萝卜做夹持物，制作叶片的徒手切片[5-6]。

1.3 数据与计算

每种植物随机取10个切片，3次重复，用LEICA-DM200型显微镜观察，并用测微尺测量各叶片的厚度、叶肉的厚度、栅栏组织和海绵组织的厚度、表皮的厚度、叶脉处叶片的厚度（横切面），计算栅栏组织/海绵组织（栅海比）、叶片组织结构紧密度（CTR%）等指标。

叶片组织结构紧密度（CTR）=栅栏组织厚度/叶片厚度×100%

2 结果与分析

2.1 4种豆科植物叶片角质层厚度的比较

2.2 4种豆科植物叶片表皮厚度的比较

2.3 4种豆科植物叶片栅栏组织厚度的比较

2.4 4种豆科植物叶片厚度的比较

2.5 4种豆科植物叶片主脉粗度的比较

2.6 4种豆科植物叶片栅海比及组织紧密度的比较

植物叶片的栅栏组织与海绵组织的分化程度反映了其生长环境的水分状态[9]。一般地，在旱生条件下，植物的栅栏组织常有多层，而其海绵组织则较少。栅海比及叶片组织紧密度都是反映植物抗旱的重要指标[10，14]。由图5可以看出，柠条的栅海比为3.9，组织紧密度为79.8%，均为最大；伞房决明次之，合欢和刺槐均最小，表明柠条的栅栏组织比较发达，对干旱的适应能力较强。

3 讨论与结论

3.1 4种植物的叶片结构与抗旱性

根据上述4种植物的叶片横切面的结构，可以看出，叶片角质层厚度为柠条>伞房决明>刺槐>合欢，叶片表皮厚度为柠条>刺槐>伞房决明>合欢，栅栏组织厚度依次为柠条>伞房决明>刺槐>合欢，叶片横切面厚度依次为柠条>刺槐和伞房决明>合欢，主脉粗度依次为伞房决明>柠条>刺槐>合欢，栅海比和叶片组织紧密度依次为柠条>伞房决明>合欢和刺槐。即7项指标表明柠条的抗旱性最强，表现为叶片角质层最厚、叶片表皮最厚、栅栏组织层最厚、叶片最厚、栅海比最高、叶片组织紧密度最高；合欢抗旱性最弱，各项指标均最低。比较各项指标刺槐和伞房决明抗旱性居中，其中，伞房决明的抗逆性略强于刺槐。

3.2 植物抗旱性的复杂性与综合评价

植物抗旱是对干旱条件长期适应的一种遗传特性，不仅与其内部生理生化活动和外界条件有关，而且取决于植物自身的形态结构特征。因此，要正确评价植物抗旱性应该从多方面进行综合考察。即在进行解剖结构观察的同时，还应进一步观察苗木对干旱条件的反应，观察其的水分状况、生理生化和形态变化等。笔者比较了4种豆科植物在田间和温室内的生长表现，发现上述解剖结构观测的结果与植株的生长表现基本一致，即为柠条>伞房决明>刺槐>合欢。

植物的解剖结构，特别是叶片的结构也是随着植物的生长发育和生长的环境条件不同而改变的。如在逆境下，植物的角质层通常会加厚。同样植物的叶片厚度也会因植物的生长环境而改变，如高大的植株中部的叶片较大、较薄，而外部的叶片相对较小和较厚。所以，选择生长环境一致的、生长时期相同的叶片，进行结构分析比较准确。

参考文献：

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[2] 薛智德，韩蕊莲，侯庆春，等.延安地区5种灌木叶旱性结构的解剖研究[J].西北植物学报，2004，24（7）：1 200-1 206.

[3] 朱栗琼，李吉跃，招礼军.六种阔叶树叶片解剖结构特征及耐旱性比较[J].广西植物，2007，27（3）：431-434.

[4] 崔宏安，刘莉丽，陈铁山，等.葛藤不同类型叶耐旱结构的比较解剖学研究[J].西北植物学报，2003，23（12）：2 211-2 215.

[5] 金银根.植物学实验与技术[M].北京：科学出版社，2007：19.

[6] 李和平.植物显微技术[M].北京：科学出版社，2009：49-50.

[7] 江川，罗大庆，王立辉.西藏半干旱区5种灌木叶片结构的抗旱特征研究[J].西北林学院学报，2011，26（4）：13-17.

[8] 刘冰浩，陈国平，牛英，等.柚叶片与抗旱性相关的解剖结构指标研究[J].北方园艺，2011（13）：9-12.

[9] 陈雪梅，王友保.浅谈叶片结构对环境的适应[J].安徽农学通报，2007，13（19）：80-81.

[10] 韩刚，李少雄，徐鹏，等.6种灌木叶片解剖结构的抗旱性分析[J].西北林学院学报，2006，21（4）：43-46.

[11] 刘红茹，冯永忠，王得祥.延安5种木犀科园林植物叶片结构及抗旱性研究[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2013，41（2）：75-80.

[12] 马小芬，王兴芳，李强.不同种源地文冠果叶片解剖结构比较及抗旱性分析[J].干旱区资源与环境，2013，27（6）：92-96.

[13] 王丹，史滟滪，骆建霞，等.亮叶忍冬与蔓生紫薇叶片解剖结构与抗旱性的关系[J].北方园艺，2010（13）：85-87.

观察叶片的结构实验报告单 篇4

一、制作横切面的临时切片

（1）取菠菜叶，置于小木板或载玻片上；（2）要迅速地切割，使内容结构完整；（3）在载玻片上放置切片时，注意切面向上；（4）要更好地观察到保卫细胞和气孔，再用镊子从叶片上分别撕取一上块上、下表皮，制成临时装片来观察。

二、合作探究：

仔细观察实验现象，小组分析、归纳解决以下几问题。把答案写在学案上，疑难之处做好标记，以备交流。

（1）叶片的上、下表皮细胞有无叶绿体？细胞的排列有什么特点？

（2）叶肉细胞有什么特点？在排列上有什么不同？

（3）用自己的话描述保卫细胞的形态、结构以及气孔在上、下表皮的分布特点。

三、实验结果及分析

观察视野中你最满意的一个物像，对照下面的模式图，辨认并标注各结构的名称。

1.2.3.4.5.四、观察叶片下表皮

用镊子撕下一小块菠菜叶的下表皮，制成临时装片用低倍显微镜观察叶表皮上成对的半月形细胞标出叶片下表皮上由两个保卫细胞组成的气孔及其相连的表皮细胞图，总结气孔开闭的原理？

五、总结整理

叶片的结构 篇5

叶脉标本的制作

1.摘取若干叶脉清晰、坚韧的叶片，如桑叶、桂花叶。

2.称取碳酸钠2.5克，氢氧化钠3.5克(或3克)置于烧杯中，注入清水100毫升，放在火上煮沸。

3.投入树叶，让它们全部浸在溶液里。继续加热6～8分钟，不时用玻璃棒轻轻拌动，使各叶分离，受热均匀。叶片受药品的腐蚀，柔软的部分就易被除去而留下叶脉。

4.用镊子取出煮过的叶片，放在盛有清水的玻璃杯内。

5.从清水里取出漂净的树叶，平铺在左手掌中，用右手食指在自来水流水中仔细地擦去叶片的柔软部分，露出清晰的叶脉，然后贴在玻璃片上凉干。

6.趁叶脉还未干透，用毛笔涂上水彩颜料(也可浸在彩色墨水中染色)。凉干后，放在书中压平。然后在叶柄上系上一条彩色的丝带，就做成美观的书签了。

仔细地观察叶脉在叶片上的分布。

你所做的叶片的叶脉是什么类型的叶脉?

叶脉里含有什么?有什么功能?

探究影响叶绿素形成的环境因素

提出问题：植物生活需要哪些基本条件?其中的哪个条件可能对叶绿素形成起着决定性作用呢?请举出实例或收集有关资料作为依据提出假设。

做出假设：小组讨论后代表发言，提出本组所做的假设以及提出假设的依据。学生可能做出的假设：(1)叶绿素的形成与阳光有关：青蒜和蒜黄都是用大蒜蒜瓣培育成的。青蒜是露天生长的，它的叶片是绿色的;蒜黄是在遮光条件下生长的，它的叶片是黄色的。大葱埋在土中的部分是白色的，而暴露在外的部分是绿色的。有关的科学研究证实，黄白色的叶中没有叶绿素。(2)叶绿素的形成与温度有关：夏天树叶是绿色的，到了秋天气温下降，树叶就变黄了。对此做出解释：叶里除了含有绿色的叶绿素以外，还含有橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素。通常情况下，叶绿素的含量最多，其他色素的含量少，于是叶就显出绿色来。但是，叶绿素很容易被低温破坏，秋天气温下降，叶绿素在叶里分解、消失得很快，而胡萝卜素和叶黄素则比较稳定，因此树叶就变黄了。叶绿素的形成是否与阳光、温度都有关系呢?我们需要通过实验来检验。

设计实验：

可提供的用具有：2个约40ml的容器(用于种子萌发形成幼苗)、两张吸水纸或少许棉花、2支温度计、1个水杯、1支滴管、密封性好的纸盒(大于种子萌发器皿)，以及本组实验设计方案必需的其他用具。想一想，为什么准备两份主要实验用具呢?(学生回答)

提示：

1、实验材料最好选用长出第一片幼叶后的小麦幼苗，种子到实验室领。

2、在适宜的条件下，第一片幼叶在长出之前即开始形成叶绿素，实验进入关键阶段。请思考你的实验装置应分别放在怎样的环境条件中?

3、注意，对照实验中除了需要探究的一个条件不同外，其他条件应当完全相同。

4、建议用表格形式记录实验观察结果。

你的实验设计思路是什么?实验中设置的对照有什么作用?

各小组讨论实验设计思路，并将方法步骤写在投影片上。

各组派代表进行交流，全班对每组的实验设计思路给予评价和补充，使实验方案更加完善。例如：有个对照实验方案是，把一盆蒜黄放到阳台上培养，另一盆相同的蒜黄放到冰箱内培养。对这个实验方案做出分析和评价。

观察植物叶片结构图 篇6

文中观察比较了不同水分胁迫下花楸叶片的`解剖结构特征.结果表明,在不同程度水分胁迫下花楸叶片表皮、叶脉、栅栏组织、海绵组织结构有明显差异.随着水分胁迫的增大叶片厚度逐渐变小,上下表皮层细胞及角质层厚度运渐增大.主脉直径逐渐变小.维管束占叶脉比例逐渐增大,木质部导管直径变小.栅栏组织与海绵组织厚度逐渐变小,栅栏组织与海绵组织比值运浙增大.栅栏组织细胞形状由长柱形变为圆球形或卵球形.

作 者：叶激华 崔大练 马玉心 YE Ji-hua CUI Da-lian MA Yu-xin 作者单位：叶激华,YE Ji-hua(舟山市林场,浙江舟山,316000)

崔大练,马玉心,CUI Da-lian,MA Yu-xin(浙江海洋学院,浙江舟山,316000)

观察植物叶片结构图 篇7

农业是我国国民经济的基础,提高农业生产效率和自动化程度是实现农业自动化的根本途径[1]。随着数字图像处理技术的发展和计算机处理速度的迅速提高,数字图像处理技术已在许多领域得到了广泛的应用。利用飞速发展的图像处理技术改造传统农业,提高农业生产的科技含量,用现代科技知识武装传统农业,已是越来越多农业工作者的共识。植物的叶片形状是传统识别植物的重要和常用形态特征,是认识和识别植物的基础和出发点。与其它植物器官比较,叶片具有诸多优点,常作为识别特征和人们认识植物的主要参照器官。对于研究物种的形态变异和分化,叶形是一个非常好的指标[2]。传统的叶片形状分析方法大部分是以手工测量为基础,效率低下,同时由于叶片形状的不规则,肉眼观测造成的误差也比较大。植物叶片是一个二维的平面系统,相对而言,更容易进行图像的处理和加工。

1 实验材料

本文实验所用的材料为3片长椭圆状榕树叶片,分别如图1～图3所示。

2 植物叶片轮廓线的链码表示

植物叶片图像经预处理和Ostu自动阈值二值化处理,然后通过寻找最大连通域的方法,得到一个背景为全黑,前景为全白的二值图像,最后经过轮廓化处理得到轮廓曲线。

链码是图像处理中出现较早的概念,其的定义如图4所示,用中心像素指向它的8个邻点的方向来定义,取值0～7,按逆时针递增,称为8连通链码。也有指向它的4邻点的链码,取值0～3,如图5所示,称为4连通链码。

因为植物叶片边缘属于柔性物质边缘,方向变化比较复杂,4连通链码和8连通链码的分辨率分别为90°和45°,若用原始链码提取特征参数,如角点等误差比较大,虚假目标比较多。为了提高分辨率,本文根据实验情况,提出以下链码编码方式。

16方向链码如图6所示。

设当前像素为5×5模板的中心像素(i,j)若轮廓线跟踪的下一像素点为模板16邻域中(即链码表示的相邻的两个边缘像素中间间隔1个像素)的右边像素(i+2,j),则定义链码为0,其它按逆时针增定义,如像素(i+2,j-1)对应的链码为15。基于该链码编码方式,分辨率为22.5°。于是,由植物的边缘曲线连续性质和曲线的跟踪算法得到链码表示的植物叶片轮廓曲线集。

算法实现描述如下:

1) 找到一起开始点(i,j),以其为中心点依次搜索(i+2,j),(i+2,j+1)…找到目标点后立即停止本次搜索,取得第一个链码数字,该目标点设置为下一中心点。

2) 设中心点为(x,y),依次搜索(x+2,y),(x+2,y+1)…找到目标点后判断其是否为上一目标点,如果是则继续搜索;如果不是,则停止搜索,取得链码值,把该目标点设置为下一中心点。

3)当搜索不到目标点时,则结束搜索,然后返回链码表。

3 植物叶片相关参数提取

3.1 轮廓曲线角点提取

角点是轮廓曲线上的高曲率点[3]。由微分几何原理:曲线的曲率为运动的不变量。因此,角点的准确提取对于匹配、识别及有关参数正确计算非常重要。曲线上某点 (x,y)的曲率定义为

ρ=(x,y)=|y〃|/(1+y′2)3/2 (1)

其中,y′,y〃分别为曲线上点(x,y)处的一阶和二阶导数。为简化运算、提高计算速度,不直接用曲率定义而是利用链码和链码差值性质确定轮廓曲线高曲率点。链码实际上为曲线点的方向矢量,具有位移不变性。链码链上相邻链码之差,反映该点的曲率性质,具有旋转不变性。为区别式(1)的定义,定义链码差表示的曲率为链码曲率。若方向矢量差值为逆时针旋转22.5°,定义链码曲率值为1;转45°,链码曲率值为2;依此类推,转157.5°,链码曲率值为7;180°,不可能。若顺时针旋转,则链码曲率值取负。如果顺时针旋转22.5°,其链码曲率值取-1,依此类推,不旋转,取0。轮廓线的链码曲率的数学表达式为

undefined

其中,Δ=tagi-tag(i-1)为第i个链码值。

不同于式(1)曲率定义,链码曲率的正负号与曲线跟踪的起点有关。曲线跟踪的方向不同,同一曲线的同一位置的链码曲率值符号相反,但绝对值相同,整个轮廓线链码曲率分布的相对关系与曲线跟踪的起止点的顺序无关。

由于量化、噪声和其它干扰,链码表示的轮廓线具有明显的阶梯效应,因此由式(2)定义的链码曲率检测高曲率点误差很大。作低通滤波修正,以该点邻域的链码差值的平均值代替式(2)中相邻链码差。修正表达式表示如下

undefined

3.2 植物叶片周长和面积的测量

3.2.1 尺寸的标定

要计算图片中的植物叶片的实际周长和面积,首先必须进行尺寸的标定,即单位长度和单位面积像素分别代表的实际的长度和面积。

取一个已知长度为m和宽度n的白色纸板(如图7所示),让其与待拍摄的植物叶片处于相对于摄像头的同一平面,对其进行二值化,再求它们的像素数。由于计算机视觉技术在计算某一区域的像素数时, 区域边界的像素完全被计算进来, 实际上, 边界的像素一半在物体内部, 另一半不属于物体[4],所以应在计算的像素数中减掉物体边界像素数的1/2, 作为物体的有效像素数。测量出参考物面积的像素数为SN0,其周长的像素数为LN0, 则有效面积像素数N0=SN0-LN0; 叶片面积的素数为SN, 其周长的像素数为LN,则叶片有效面积像素数为N=SN-LN。则叶片的实际周长为undefined,实际面积为mnundefined。

3.2.2 利用边缘链码计算叶片周长和面积的像素数

1) 周长像素数为

undefined

其中,m表示方向链中链码,n∈ (0,1,2,3)。

因为边界不为水平或垂直时,长度需要权重修正,修正后的边界的长度检测时可以弥补图像的离散化的误差。

2) 面积像素数。

设方向链为{a1 a2 a3 a4…αn},定义ai在x轴上的分量为aix,在y轴上的分量为aiy,设{x0,y0}是起点坐标,则

undefined

undefined

4 结论与分析

对植物叶片角点的提取,链码曲率越大对应边缘形状变化的角度越大,链码曲率值为正表示变化的角度为逆时针变化,为内角;为负表示变化的角度为顺时针变化,为外角;链码曲率值的绝对值a 对应变化的角度22.5°a,通过对a的判别,可以判断出叶片边缘的形状特征。如图8所示,标记出的点为本文识别出来的特征点,效果比较理想。

对植物叶片周长和面积的提取,通过标定,能够准确地计算出叶片的周长和面积,实验中采用的没有空洞的叶片,对于有空洞的叶片,可以同时检测内边缘,计算出空洞的面积,两者相减,即可得实际面积。

本文算法判别出的叶片拐点,基本反映出叶片的形状特征点。计算出的叶片周长和面积如表1所示。

参考文献

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[2]刘关君,王大海,郭晓瑞,等.植物叶面积的快速精确测定方法[J].东北林业大学学报,2004(9):82-83.

[3]李翊华,胡匡祜,苏万芳.一种提取微血管边缘曲线角点策略[J].中国生物工程学报,1998(12):293-294.

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[5]徐贵力,毛罕平,胡永光.基于计算机视觉技术参考物法测量叶片面积[J].农业工程学报,2002(1):154-157.

观察植物叶片结构图 篇8

关键词： 图像处理；中值滤波；HSI颜色空间；病斑提取；阈值分割

中图分类号：TP391 41 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2015）08-0406-03

收 稿日期：2014-08-22

基金项目：国家自然科学基金（编号：61302118）；河南省高校青年骨干教师资助计划（编号：2010GGJS-114）。

作者简介：夏永泉（1972—），男，辽宁绥中人，博士，副教授，主要从事图像处理、计算机视觉、模式识别与人工智能研究。E-mail：xyqmouse@163 com。

植物病害周期性大暴发，从而导致植物大规模死亡和人类饥荒。1943年，在印度东北部水稻感染褐斑病，据估计造成100万人死亡。2007年在美国乔治亚洲，植物病害损失约65亿美元。由于印度对植物病害预防措施甚至不到美国的10%，因此印度的经济损失应大于美国。

近年来，由于计算机技术的发展，利用数字图像处理与图像分析技术进行植物病害检测识别已经成为诊断病害的重要手段之一，精确分割是有效进行病害识别的前提 [1]。张振升等针对煮糖过程中蔗糖结晶图像的特点，将图像由红绿蓝（RGB）颜色空间转换到色调-饱和度-强度（hue-saturation-intensity，HSI）颜色空间，用改进的大津法对H分量进行阈值分割，将结晶颗粒从图像中分离出来 [2]。通霏等针对自然光照条件下牧草图像的分割问题，在HSI颜色空间中，根据牧草在H分量中的分布特点，使用模糊C-均值的彩色图像分割法对牧草进行分割，可以取得比较理想的效果 [3]。马永慧提出了1种基于边缘检测与HSI彩色空间的车牌定位方法，先提取边缘比较密集的车牌候选区域；然后，在HSI颜色空间中对剪裁出的子图像进行边缘提取，对饱和度和亮度边缘进行边缘合成；最后，利用色调信息判定车牌区域，该方法可以[LL]精确定位车牌 [4]。上述几种方法都是在HSI颜色空间中进行图像分割，但在HSI颜色空间进行叶片病斑分割的报道较少。

基于以上背景，以植物叶片和病斑颜色特征差异为主要依据。本研究提出了1种切实可行的植物叶片病斑提取方法，在HSI颜色空间中，利用色调、饱和度、强度独立解耦 [5]，利用像素点颜色信息准确量化的特点，将预处理后的图像利用色调H、饱和度S去除叶片健康区域，得到植物叶片病斑。结果表明，该分割方法能有效提取出病斑。

1 HSI颜色空间

目前，绝大部分彩色图像是基于RGB颜色三基色模型，但RGB颜色空间不利于彩色图像的快速处理。因此，将图像由RGB颜色空间转换为HSI颜色空间。HSI颜色空间从人的视觉系统出发，采用色调、饱和度、强度描述色彩 [6]。色调是色彩属性，它表示人的感官对不同颜色的感受。饱和度表示颜色的纯度，饱和度越大，颜色看起来越鲜艳，反之亦然。强度表示颜色的明亮程度。HSI颜色空间3个分量的图像如图1所示。

HSI颜色空间和RGB颜色空间只是同一物理量的不同表示方法，从RGB颜色空间到HSI颜色空间的转换关系为 [7]：

2 叶片病斑分割算法

2 1 最大类间方差法

最大类间方差法由日本学者大津于1979年提出，是1种自适应的阈值分割方法，又叫大津法，简称OTSU [8]。它是在灰度直方图的基础上用最小二乘法原理推导出来的，具有统计意义上的最佳分割阈值。

记T为图像I（x，y）前景（目标）和背景的分割阈值，ω1为前景像素个数占图像总像素个数的比例，μ1为前景灰度均值，ω2为背景像素个数占图像总像素个数的比例，μ2为背景灰度均值，μ为整幅图像的灰度均值，g为前景和背景的方差。假设图像的背景较暗，大小为M×N，N1、N2分别为前景、背景的像素个数，则有 [9]：

2 2 迭代法

迭代法是1种在图像分割过程中选择合适阈值的方法，它是基于逼近的思想通过阈值迭代的方式，利用程序自动计算出比较合适的分割阈值 [10]。迭代法开始时选择1个迭代初值，通常选择图像最大灰度值和最小灰度值的均值作为初始阈值，然后对图像进行迭代运算不断地更新阈值，直到阈值不再变化为止。处理步骤为 [11]：

2 3 HSI颜色空间分割算法

本研究中，使用数码照相机等光学设备直接获得数字图像，对图像裁剪以便于获得原始图像的子图像。

由于灰尘、水等噪声会对病斑分割和识别产生影响，采用3×3的矩形窗口对图像使用中值滤波去噪，以削弱或清除噪声，有利于对叶片病斑提取。

RGB颜色模型是面向硬件设备的模型，不适合人的视觉特征，并且2点之间的欧氏距离与实际颜色距离不成线性比例，容易引起颜色分离中的误分离 [12]。另外，RGB颜色模型中的红、绿、蓝3原色之间的相关性很大，不能用1个单一的参数对图像中的绿色像素划定1个区间，所以不能靠设置R、G、B的值对图像进行阈值分割，只有把RGB图像转换为灰度图像后再进行阈值分割，这样做会使图像损失色彩特征。

针对含有病斑的植物叶片图像，在HSI颜色空间下进行植物叶片病斑提取。RGB颜色空间中R、G、B与HSI颜色空间中H、S、I之间的关系如表1所示。在HSI颜色空间中，色调H用来区分颜色，饱和度S用来表示颜色的纯度，强度I与图像的彩色信息无关，这有利于提取植物叶片上的病斑。在其他颜色空间中，可以通过一些算法消除部分光照不均的影响，但还是会对叶片病斑的提取造成影响。

nlc202309042040

绿色像素主要代表了叶片的健康区域，不存在任何有价值的病害信息。在HSI颜色空间中，对H分量、S分量进行阈值分割。为了准确地将叶片病斑提取出来，本研究对图像上色调不同的部位进行了大量取样，设定H分量范围去除绿色像素。另外，S分量的值越大，颜色越接近纯色；值越小，颜色越接近纯灰色。限制了色调H和饱和度S的取值范围，强度I对色调H没有太大影响，不用再加以限制。

通过以上分析，构建去除叶片非病斑区域的模型为：

3 结果与分析

在Matlab7 0下，分别用最大类间方差法、迭代法、本研究算法对植物叶片病斑分割，分割结果如图2所示。

由于病斑区域非连通，且颜色复杂，采用经典阈值选取的图像分割算法不能有效将病斑提取出来 [13-14]。从试验结果可以看出，图像灰度直方图双峰分布的特点不明显，采用最大类间方差法分割图像会带来一定的误差， 不能达到最佳分割

效果。迭代法运算速度快，适用于目标与背景反差较大的图像，对于植物叶片病斑提取也不能达到理想效果。本研究所提出的算法不仅具有较好的分割效果，而且在时间上也有很大提高。算法处理时间如表2所示。

4 结论

本研究提出了1种在HSI颜色空间中进行植物叶片病斑的提取方法，利用HSI颜色空间H、S、I 3个分量相互独立的特点，确定H、S分量的阈值，去除叶片健康区域，提取病斑区域，实现了精确的图像分割。与传统的阈值分割算法比较表明，本研究算法具有较高的分割精度和较快的处理时间，可以为病斑图像的病斑提取提供较好的结果。

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