CO2加富對(duì)結(jié)球甘藍(lán)秧苗質(zhì)量和光合特性的影響

宋紅霞，成 靜，鄭少文，許小勇，張 靜，侯雷平，李梅蘭，邢國(guó)明

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西太谷030801）

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，化石燃料消耗量增加，使得CO2濃度升高，全球氣候變暖，這一環(huán)境問(wèn)題是人類(lèi)當(dāng)前面臨的最大挑戰(zhàn)[1]。眾所周知，CO2是植物進(jìn)行光合作用最重要的原料之一，所以，CO2含量的高低直接影響蔬菜作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量提高和品質(zhì)形成。溫室的相對(duì)密閉性造成了弱光、弱氣的特殊環(huán)境條件，使得溫室內(nèi)CO2嚴(yán)重虧缺，甚至低于大氣CO2濃度，影響作物的正常光合作用，進(jìn)而影響設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展[2-3]。目前，已有許多研究表明[4-6]，增施CO2可以顯著增加作物的株高、莖粗、干物質(zhì)的積累，改善品質(zhì)，同時(shí)也顯著提高光合速率。所以，設(shè)施內(nèi)增施CO2即CO2“施肥效應(yīng)”具有理論意義和實(shí)踐價(jià)值[7-9]。

結(jié)球甘藍(lán)（Brassica oleracea var.capitata）是百姓餐桌上喜聞樂(lè)見(jiàn)的蔬菜之一，本試驗(yàn)以結(jié)球甘藍(lán)為材料，研究在人工控制環(huán)境條件下，增施CO2氣肥，對(duì)甘藍(lán)幼苗形態(tài)指標(biāo)、光合特性和生理指標(biāo)的影響，為CO2加富生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試甘藍(lán)品種為中甘21號(hào)，購(gòu)自新絳美霞種苗公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 種子處理 種子進(jìn)行溫湯浸種后置于溫度為25℃、光照時(shí)間為16 h的人工氣候室中催芽，待胚根突破種皮后移栽于50孔穴盤(pán)中，基質(zhì)育苗，充足水分供應(yīng)。

1.2.2 CO2施肥設(shè)置 試驗(yàn)于2017年春季在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝站日光溫室中進(jìn)行，對(duì)照區(qū)和富碳區(qū)用塑料薄膜完全隔開(kāi)，相互獨(dú)立。富碳區(qū)CO2濃度設(shè)置為（800±50）μmol/mol，CO2來(lái)源為鋼瓶裝純CO2（純度為99.9%），將CO2鋼瓶放置于操作間，通過(guò)管道將氣體導(dǎo)入富碳區(qū)。以不施CO2為對(duì)照區(qū)。待幼苗長(zhǎng)至兩葉一心時(shí)，分別將穴盤(pán)苗放置于2個(gè)區(qū)域，每天 7：00—9：00 增施，陰雨天不施，直到苗期結(jié)束。其他栽培管理方式相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 開(kāi)始增施CO2時(shí)記錄形態(tài)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)，此后每3～5 d測(cè)量一次形態(tài)指標(biāo)。干物質(zhì)積累的測(cè)定：取地上部分和地下部分，放置于烘箱中，溫度設(shè)置為100℃，殺青10 min后溫度調(diào)至75℃烘干至恒質(zhì)量，分別稱(chēng)質(zhì)量。壯苗指數(shù)＝（莖粗/株高＋地下干質(zhì)量/地上干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量；根冠比＝地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量。

1.3.2 光合性能測(cè)定 采用Li-6400XT便攜式光合氣體分析系統(tǒng)（LI-CORBiosciences Inc.，USA）進(jìn)行凈光合速率和光響應(yīng)曲線測(cè)定。測(cè)定時(shí)間為9：00—12：00，被測(cè)葉面積 6 cm2，氣體流速 500 μmol/s。富碳區(qū)內(nèi)葉片葉室CO2濃度設(shè)定為800 μmol/mol，對(duì)照設(shè)定為400 μmol/mol。測(cè)定時(shí)使用內(nèi)置紅藍(lán)光源，葉室溫度設(shè)定為25℃。

1.3.3 品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定[10]待甘藍(lán)幼苗6片真葉苗期結(jié)束時(shí)，于晴天早晨，選取長(zhǎng)勢(shì)一致且發(fā)育良好的幼苗，進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定。葉綠素含量采用丙酮法測(cè)定；可溶性糖采用蒽酮比色法測(cè)定；根系活力采用TTC法測(cè)定；維生素C采用2，6-D滴定法測(cè)定；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010和SAS 9.2軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，并進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2加富對(duì)甘藍(lán)幼苗壯苗指標(biāo)的影響

株高和莖粗是衡量植株長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)，一定程度反映了幼苗的健壯程度。從表1可以看出，提高CO2濃度使幼苗的株高、莖粗、根系長(zhǎng)度和地上、地下干質(zhì)量極顯著增加，說(shuō)明CO2加富有助于幼苗根系的伸長(zhǎng)，植株干物質(zhì)的積累，同時(shí)縮短了育苗時(shí)間，加速了壯苗的發(fā)育進(jìn)程。

表1 CO2加富對(duì)甘藍(lán)幼苗壯苗指標(biāo)的影響

2.2 CO2加富對(duì)甘藍(lán)幼苗素質(zhì)的影響

由表2可知，CO2加富處理后，幼苗的根系活力、根冠比以及壯苗指數(shù)均極顯著增加，尤其是根系活力增加最為顯著。這表明提高CO2濃度可以顯著促進(jìn)幼苗地下部快速生長(zhǎng)，有效提高幼苗的素質(zhì)，有利于培育壯苗。

表2 CO2加富對(duì)甘藍(lán)幼苗素質(zhì)的影響

2.3 CO2加富對(duì)甘藍(lán)幼苗光合作用的影響

CO2是植物光合作用的原料，提高的CO2濃度會(huì)顯著提高植物葉片的光合速率。曾有研究表明，當(dāng)環(huán)境中CO2濃度增加至700 μmol/mol時(shí)，C3植物和C4植物的光合效率均有不同程度的提高[11-12]。由表3可以看出，與對(duì)照相比，CO2加富的甘藍(lán)幼苗凈光合速率顯著提高，幼苗的光補(bǔ)償點(diǎn)降低，光飽和點(diǎn)提高。提高CO2濃度可以顯著增加蔬菜光合速率的主要原因：一是增加了蔬菜葉片中Rubisco羧化酶活性，降低了加氧酶活性，加速了碳同化；二是降低了光補(bǔ)償點(diǎn)，增加了光合量子產(chǎn)額，提高了蔬菜利用弱光的能力[13]。

表3 CO2加富對(duì)甘藍(lán)幼苗光合作用的影響

2.4 CO2加富對(duì)甘藍(lán)幼苗品質(zhì)的影響

由表4可見(jiàn)，CO2加富后幼苗的維生素C、可溶性蛋白、可溶性總糖含量以及葉綠素含量均有不同程度的提高，與對(duì)照相比達(dá)到極顯著差異水平，極大地提高了幼苗的品質(zhì)。李永華等[14]研究指出，紅掌增施CO2后碳水化合物含量增加，本研究結(jié)果表明，CO2濃度的提高對(duì)甘藍(lán)幼苗品質(zhì)的改善有顯著的促進(jìn)作用，與李永華研究結(jié)果一致。

表4 CO2加富對(duì)甘藍(lán)幼苗品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

CO2濃度的高低對(duì)蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育具有顯著影響。陳庭甫等[15]研究表明，環(huán)境中CO2濃度增加影響了植物一些器官如根、莖、葉的生長(zhǎng)與發(fā)育，使總生物量隨CO2含量的增加而增加。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，在甘藍(lán)CO2飽和點(diǎn)以下提高其濃度，可以明顯增加幼苗的株高、莖粗、根長(zhǎng)、地上部和地下部干物質(zhì)積累量。根系活力的大小可以反映植株根系代謝能力的強(qiáng)弱，與CO2的含量密切相關(guān)。蔣躍林等[16]以盆栽大豆為試驗(yàn)材料，研究了大豆根系生理特征對(duì)CO2濃度升高的響應(yīng)，結(jié)果表明，隨著CO2濃度的升高，明顯促進(jìn)大豆根系生長(zhǎng)，根系活力顯著增強(qiáng)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，提高CO2濃度可以增強(qiáng)根系的代謝能力，增加壯苗指數(shù)，有利于培育壯苗。

CO2濃度的升高對(duì)植物的生長(zhǎng)、生理生化過(guò)程和養(yǎng)分吸收等過(guò)程會(huì)產(chǎn)生重大的影響[2]。設(shè)施的密閉條件遠(yuǎn)不能滿足蔬菜作物光合作用對(duì)CO2的需要。盧育華等研究表明，在短時(shí)間內(nèi)增施CO2確實(shí)能夠提高植物的凈光合速率，加速光合作用[17-18]。本試驗(yàn)也表明，CO2加富顯著降低幼苗的光補(bǔ)償點(diǎn)，提高飽和點(diǎn)，進(jìn)而提高甘藍(lán)幼苗對(duì)光能的利用效率。

綜上所述，CO2加富極顯著增加了結(jié)球甘藍(lán)幼苗的株高、莖粗、根長(zhǎng)以及干物質(zhì)的積累量；根系活力、壯苗指數(shù)、根冠比明顯增加；維C、可溶性糖、蛋白質(zhì)、葉綠素含量極顯著增加；幼苗的凈光合速率明顯加快，光飽和點(diǎn)升高，光補(bǔ)償點(diǎn)降低。

參考文獻(xiàn)：

［1］林金星，胡玉熹，白克智.大氣中CO2濃度升高對(duì)植物的影響[J].植物資源與環(huán)境，1993，2（2）：55-61.

［2］袁慧敏，周建民，段增強(qiáng)，等.CO2濃度升高與增施鉀肥對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的影響[J].土壤，2009，41（6）：869-874.

［3］楊克彬，孟凡志.日光溫室冬季增施CO2對(duì)切花紅掌光合作用及生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，28（6）：1941-1947.

［4］歐陽(yáng)芳，孫治強(qiáng)，齊衛(wèi)強(qiáng)，等.CO2加富對(duì)茄子穴盤(pán)幼苗生長(zhǎng)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，43（1）：35-40.

［5］高宇，崔世茂，宋陽(yáng)，等.CO2加富對(duì)溫室辣椒幼苗生長(zhǎng)及光合特性的影響[J].作物雜志，2017（5）：80-84.

［6］單國(guó)雷，趙冠燕，劉娟，等.CO2加富對(duì)西瓜幼苗生理生化特性的影響[J].中國(guó)瓜菜，2012，23（2）：28-30.

［7］崔青青，董彥紅.CO2加富下水氮耦合對(duì)黃瓜葉片光合作用和超微結(jié)構(gòu)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，28（4）：1237-1245.

［8］楊文斌，張玉琴.日光溫室增施CO2對(duì)黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，1998，26（2）：51-53.

［9］張仟雨，聶磊云，李萍，等.大氣CO2濃度升高對(duì)小白菜生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（3）：428-432.

［10］李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.

［11］ BOWES G.Facing the inevitable:plants and increasing atmospheric CO2[J].Plant Biology，1993，44（1）：309-332.

［12］許申平，崔波，葉慶生.短期CO2加富對(duì)非洲菊光合生理和生長(zhǎng)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，44（12）：99-103.

［13］李天來(lái).日光溫室蔬菜栽培理論與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2013.

［14］李永華，王獻(xiàn)，孔德政，等.長(zhǎng)期CO2加富對(duì)苗期紅掌植株生長(zhǎng)和光合作用的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（5）：1852-1857.

［15］陳庭甫，劉玲，岳偉.植物對(duì)CO2濃度升高的響應(yīng)[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，11（6）：91-96.

［16］蔣躍林，張慶國(guó)，張仕定，等.大豆根系生理特性對(duì)大氣二氧化碳濃度升高的反映[J].作物雜志，2006（2）：40-43.

［17］盧育華，申育梅，陳利平.黃瓜單個(gè)葉片光合特性研究[J].園藝學(xué)報(bào)，1994，21（1）：54-58.

［18］潘璐，李志鑫，崔世茂.高溫、加富CO2耦合對(duì)溫室黃瓜光合作用及葉片衰老的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2017，32（3）：168-173.