增施CO2對西瓜生長發育及品質的影響

武佩琪，許小勇，姬勝男，付 菊，李 斌，邢國明，李梅蘭，侯雷平

（山西農業大學園藝學院，山西 太谷 030801）

大氣CO2被認為是植物光合作用的主要碳源，也是氣候變化的主要驅動因素。近年來，大氣中CO2濃度逐漸升高，CO2濃度對植物的影響成為植物研究中的熱點[1]。自工業革命以來，CO2濃度已經從 280 μmol/mol 上升到了如今的 394 μmol/mol，預計到 2050年該濃度將超過 550 μmol/mol，到 2100年底達到700 μmol/mol[2]。CO2作為植物光合作用的原料，其濃度的變化會對植物的光合作用造成影響，進一步影響植物生長發育和生理代謝過程[3]。相關研究發現，蔬菜幼苗期增施CO2，可以促進秧苗發育，使幼苗根系發達，壯苗率增加。增施CO2還可增加設施甜瓜和番茄的幼苗干質量，利于培育壯苗[4-5]。植物的光合作用還是果蔬產量和品質構成的決定因素，外源增施CO2可促進果蔬生長發育，提高營養品質。CO2濃度升高促進了番茄果實縱橫徑的發育，增加了番茄果實中可溶性糖、可溶性固形物、可溶性酸及一些次生代謝物質的含量，提高了番茄品質[6]。

近年來，隨著我國的園藝設施栽培面積逐漸增加，設施栽培中一些問題也逐漸顯現出來，其中包括在溫室等相對封閉的環境下進行設施栽培頻繁出現CO2的短缺現象[7]，并且由于有機肥料施用量不斷減少，化肥使用率增多，土壤中CO2的釋放量降低，導致設施果蔬生產中對CO2的強烈需求與實際封閉環境CO2缺乏的矛盾更加突出，這已成為限制果蔬優質高產的主要因素之一[8-9]。西瓜清甜爽口，營養豐富，近年來大棚和溫室中的反季節栽培面積也逐漸增加[10]，但是果實品質提升有限。

本研究在日光溫室內以2 個西瓜品種科農三號和科農五號為試驗材料，探討外源增施CO2對西瓜苗期和伸蔓期生長發育和品質的影響，旨在為溫室西瓜優質高產提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試西瓜品種為科農三號和科農五號，溫湯浸種后催芽，50 孔穴盤播種育苗。CO2為購自太谷縣金橋氣體的鋼瓶裝CO2，純度為99%。

1.2 試驗方法

試驗于2017年3月在太谷縣山西農業大學園藝站3 號日光溫室中進行，共分為2 個區域，分別為富碳區和對照區（溫室正常CO2濃度（400±50）μmol/mol），從經濟最優角度，選擇富碳區 CO2濃度為（800±50）μmol/mol。試驗時將 CO2鋼瓶放于操作間，通過管道將氣體導入富碳區。CO2施加時間為晴天 8：00—10：00，采用盛炎科技研發的 CO2自動調控系統每間隔10 min 自動記錄一次相關數據。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 西瓜形態特征的測定 在苗期（3月17日至4月21日）每隔7 d，選擇對照區和富碳區相對應位置的 6 株植株，在 9：00—12：00 用卷尺對其株高（莖基部到莖生長點）和葉長進行測量。

在伸蔓期（5月2日至 5月30日）在富碳區和對照區選取位置相一致的5 株植株進行測量，每7 d觀測1 次。用卷尺測量其株高（主蔓長）、葉長和葉寬，每個處理3 次重復。

1.3.2 西瓜營養品質的測定 選擇植物長勢一致、開花日期為同一天和坐瓜節位一致的植株作為采樣株，果實成熟后，每個品種分別采摘3 個果實，3 次重復。

用手持測糖儀測定可溶性固形物含量[11-12]；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250 染色法測定[13]；維生素C 含量的測定采用2，6- 二氯酚靛酚法測定[13]；有機酸含量采用NaOH 滴定法測定[14]；可溶性總糖含量采用蒽酮比色法測定[14]。

1.4 數據處理

采用Excel 2007 記錄和整理數據并作圖，用SPSS 軟件對數據進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 增施CO2對西瓜苗期株高和葉長的影響

從圖1，2 可以看出，增施CO2可促進2 個西瓜品種苗期株高和葉長的生長。增施CO2與對照相比，2 個品種的株高增幅分別為8.57%～21.02%和10.14%～66.67%，其中，對科龍五號西瓜植株株高影響較大；2 個品種的葉長增幅分別為1.67%～10.87%和26.92%～47.37%。可見，增施CO2可以促進苗期西瓜植株的生長，且對科農五號苗期的促進效果大于科農三號。

2.2 增施CO2對西瓜伸蔓期株高、葉長和葉寬的影響

從表1可以看出，與對照相比，增施CO2后科農三號、科農五號同期株高均有明顯增加。其中，科農三號在前期生長階段（5月2—23日）株高極顯著增加，于5月16—23日這一生長階段株高增幅達到最大，為74.30%，而在5月23—30日期間，增施CO2后西瓜株高增速放緩，而對照株高增幅較大，這可能與植株進入坐果膨大期，植株開始由營養生長放緩，轉而投向生殖生長有關；科農五號僅在生長早期（5月2日）處理的西瓜株高有極顯著差異，之后生長無顯著差異。

表1 增施CO2對西瓜伸蔓期株高的影響 cm

從表2可以看出，增施CO2后科農三號、科農五號葉長均有所增加。科農三號除在生長后期（5月30日）之外，其他各次測量葉長數據均極顯著高于對照，且于早期（5月2日之前）測量的葉長差異達最大，為40.65%；科農五號僅生長早期（5月2日之前）葉長有極顯著增加，增加幅度為17.86%。

表2 增施CO2對西瓜伸蔓期葉長的影響 cm

由表3可知，與對照相比，增施CO2后科農三號和科農五號葉寬均明顯增加，科農三號除了生長中后期（5月16日之后）外，其他各次測量數據均顯著高于對照，且于5月16日測量的葉寬增幅最大，為25%；科農五號僅在生長早期（5月2日之前）葉寬增加有極顯著差異，顯著增加28.68%。

表3 增施CO2對西瓜伸蔓期葉寬的影響 cm

綜上所述，增施CO2后，可以促進西瓜早期植株葉長和葉寬的生長，可為后期的生殖生長奠定基礎。

2.3 增施CO2對西瓜果實品質的影響

從表4可以看出，增施CO2后科農三號和科農五號西瓜果實的可溶性物質、有機酸和維生素的含量均比對照有顯著增加。其中，科農三號可溶性總糖、可溶性固形物、有機酸、維生素C 含量、可溶性蛋白含量分別增加了124%，70.36%，17.71%，23.92%，7.11%，除可溶性蛋白含量之外，其余指標的差異均達到極顯著水平；科農五號的可溶性總糖、可溶性固形物、有機酸、維生素C 含量、可溶性蛋白分別增加了107%，38.46%，39.30%，106.30%，22.54%，差異均達到極顯著水平。綜上所述，外源施加CO2后顯著提升了科農三號和科農五號的營養品質，且2 個品種之間存在一定的差異。

表4 增施CO2對西瓜果實品質的影響

3 討論

隨著大氣中CO2濃度的不斷提高，CO2濃度變化對植物的生長發育的影響越來越受到人們的重視[15]。趙冠艷[16]研究表明，增施CO2明顯促進甜瓜幼苗生長，其株高、莖粗明顯增加，有利于壯苗的培養。朱世東等[17]研究表明，增施不同濃度的CO2后西、甜瓜的株高和葉面積均有所增大，且濃度為1 100 μmol/mol 的CO2對西瓜、甜瓜生長的促進作用最大。林燚等[18]研究表明，增施900 μmol/mol 的CO2后，西瓜的株高、莖粗、葉面積、葉片數等均有所增加。與前人研究結果相符，本試驗中增施CO2可促進科農三號和科農五號植株苗期株高和葉長的生長。其原因可能是：一方面由于增施CO2提高了植物葉片細胞間CO2質量濃度[19]，提高了植物的光合效率[20-21]，促使有機物積累，提高C/N，促進植株生長[22]；另一方面增施CO2促使細胞壁中H+濃度升高，激活軟化細胞壁的酶類，解除細胞壁中多聚物的聯結，造成細胞壁松弛膨壓下降，導致了葉片增厚和葉面積增大[23]。最終加快了科農三號和科農五號的生長發育。而科農五號在5月2日之后生長并無顯著影響，可能是由于科農五號對（800±50）μmol/mol 濃度的 CO2不敏感。

單國雷等[24]研究表明，CO2加富下西瓜幼苗中可溶性蛋白、有機酸、維生素C、可溶性糖的含量與對照相比都有明顯增加。楊新琴等[25]研究表明，增施CO2后西瓜品質得到了明顯的改善，主要表現為可溶性固形物含量增加。本試驗增施CO2后2 個西瓜品種的各營養含量都有明顯增大，其中，科農三號的可溶性固形物、有機酸、維生素C、可溶性總糖含量分別增加70.36%，17.71%，23.92%，124%，差異均達到極顯著水平；科農五號的可溶性固形物、可溶性蛋白、有機酸、維生素C、可溶性總糖含量分別增加38.46%，22.54%，39.30%，106.30%，107%，差異也都達到極顯著水平，這與前人研究結果變化趨勢相同。科農三號和科農五號營養品質增加的原因可能是由于增施CO2增加了光合效率，促進了有機物的積累，從而提高了西瓜果實的營養品質。

4 結論

通過對2 個西瓜品種的外源補充CO2試驗研究發現，增施CO2可促進2 個西瓜品種苗期和伸蔓期的生長，其中對科農三號伸蔓期的生長發育有顯著影響；此外，在營養品質方面，增施CO2可提升2 個西瓜品種的各可溶性物質含量，其中，科農三號除可溶性蛋白外，其他可溶性物質均極顯著高于對照；而科農五號可溶性固形物、可溶性蛋白、有機酸、維生素C、可溶性糖含量均極顯著高于對照。由此可見，在溫室內可以通過增施CO2促進西瓜的生長發育，提高西瓜果實的營養品質。