CO2濃度升高對植物生長和N吸收及代謝的影響

單莉莉，黃宏宇

（1.東北林業大學 林學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.中國人民解放軍77675部隊71分隊，西藏 林芝 860000）

1 引言

CO2濃度升高影響植物生長、N吸收及代謝。多數研究表明CO2濃度升高可促進植物生長，對植物吸收N素的影響因植物種類及供N形態不同而異，對N代謝酶的影響研究結論目前尚不一致。植物的生長、N吸收及代謝與土壤N素有效性密切相關，但CO2濃度與N素形態共同作用對植物的影響還不清楚，有關這方面的研究還有待進一步開展。

自18世紀工業革命以來，大氣中CO2濃度已經從250μmol·mol－1增加到20世紀末的365μmol·mol－1。2007年IPCC的評估表明，21世紀末大氣中CO2濃度將增加到500～1 000μmol·mol－1。大氣CO2濃度升高，對陸地生態系統有著巨大的影響。植物作為陸地生態系統的主體，必然對自身的生長、生理特性做出相應的調整。

2 CO2濃度對植物的影響分析

2.1 CO2濃度升高對植物生長的影響

CO2濃度升高對植物生長影響的研究較多。Ceulemans總結了CO2濃度升高對64個樹種生物量的影響后得出，CO2濃度升高使針葉樹、闊葉樹生物量分別增長63%、38%［1］。Poorter研究認為，CO2濃度升高使C3、C4、CAM植物生物量分別增加47%、11%、21%［2］。因此，CO2濃度升高時，生物量變化與植物種類和C循環途徑有關。

CO2濃度升高促進生物量增加的原因主要包括CO2濃度升高使光合作用增強，凈光合速率提高，產量增加［3，4］；CO2濃度升高影響了植物的生理活動，從而影響了植物根、莖和葉等器官的生長發育，最終使得產量增加［5，6］。

2.2 CO2濃度升高對植物N素吸收的影響

大氣CO2濃度升高會影響植物對N素營養的吸收，比如促進火炬松（Pimus taeda）、北美黃松（Pimus ponderosa Dougl.）幼苗對 N 的吸收速率［7，8］。大氣CO2濃度升高對植物吸收N素的影響與被吸收N素的形態有關［9］。多數植物吸收的N素主要是NH＋4－N和NO－3－N，且對NH＋4－N和NO3－N具有選擇吸收的特性，會表現出明顯的偏好性［10］。CO2濃度升高可能會改變植物對－N和NO3－N吸收的偏好性，如CO2濃度升高明顯增加了火炬松、北美黃松、番茄（Lycopersicon esculentum）等對NO3－N的吸收速率，增加了紅槭樹（Acer rubrum）對NH＋4－N的吸收速率。這可能與植物吸收NH＋4－N，NO3－N的機理有關，相比NH＋4－N的吸收，NO3－N的吸收需要消耗更大的能量。CO2濃度升高促進根系碳水化合物積累［8］，所以有更多的能量用于NO－3的吸收。

2.3 CO2濃度升高對植物N代謝酶的影響

CO2濃度升高對植物吸收N素的影響與植物N代謝酶關系密切，這些N代謝酶主要包括硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）。NR是NO－3同化步驟中的第1個酶，也是整個同化過程的限速酶，在植物N素代謝過程中起著關鍵的作用［11］。有關CO2濃度升高對NR活性影響的研究較少，且研究結論尚不一致。CO2濃度升高時，水稻和綠豆（Vigna radiata）葉片 NR 活性增強［12，13］，小麥葉片 NR活性下降［14］。CO2濃度升高對NR活性影響與植物培養時間或生長時期有關，如綠豆葉片NR活性在催芽20d時明顯低于正常CO2濃度處理，而在催芽后的第35d和50d，NR活性高于正常CO2濃度處理［15］。

GS是NH＋4同化的關鍵酶，也是N代謝的中心酶。有關CO2濃度升高對植物GS活性影響的研究很少，GS活性受不同N素水平、形態的影響。高濃度的CO2降低了低N水平下水稻葉片GS的活性，而常N水平下酶活性的下降趨勢得到改變或緩解［16］。菠菜莖葉中GS活性隨著營養液NH＋4－N比例的增加而顯著增加［17］。

3 結語

CO2濃度升高可促進植物的生長和代謝，但植物的生長反應受土壤N素有效性的限制，土壤中N素有效性主要指無機氮（NH＋4－N和NO3－N）的有效性。CO2濃度升高對植物NO3－N和NH＋4－N吸收特性的改變具有重要的生態意義，它將影響到未來全球變化條件下的植物種間競爭及群落的物種組成。目前，CO2濃度升高以及N素形態共同作用對植物影響的研究較少，僅見于李娟對番茄的報道［11］。因此，CO2濃度升高與N素形態共同對植物影響的研究將成為今后研究的熱點。

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