CO2加富對番茄幼苗生長及光合特性的影響

高 宇， 崔世茂， 宋 陽， 孫世君

(內蒙古農業大學農學院，內蒙古呼和浩特 010019)

番茄是世界上最主要的蔬菜之一，也是設施栽培面積最大的蔬菜之一，它的消費量在蔬菜中位居第二[1-2]。番茄不僅含有豐富的抗氧化物質和維生素，而且還具有預防心臟病和消除人體自由基等多種功能[3-4]。按照設施蔬菜栽培高產、優質、高效、生態、安全的要求，我國設施蔬菜取得了迅猛的發展。截至2010年底，我國設施蔬菜年種植面積分別占我國設施栽培面積的95%和世界設施園藝面積的80%，成為世界上設施面積最大的國家[5]。在我國，設施園藝的發展基本解決了蔬菜供應不足的問題，但也存在一定問題。設施環境相對封閉，CO2得不到補充，經常處于虧缺狀態，被認為是影響作物生長發育和產量的重要因子[6]，因此對棚室作物補充CO2是提高作物產品產量的重要途徑之一[7]。CO2施肥能夠促進作物生長和提高產量已有研究[8-12]。大量研究表明，CO2施肥使得番茄植株株高、莖粗、葉面積等生長指標顯著提高[3-19]。CO2給植物提供了更多光合作用的原料、避免了由于CO2含量不足對光合作用產生限制。Wu等認為，高濃度CO2有利于提高作物光合作用以及生長、產量和水分利用效率[7]。本試驗針對日光溫室低濃度CO2，探索CO2加富對番茄苗期生長和光合特性的影響，以期得到番茄溫室栽培適宜的CO2施用量，為實現內蒙古日光溫室蔬菜栽培的高產提供理論指導與技術支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為泰科寶石F1番茄。育苗基質為蒙大育苗基質(由內蒙古蒙肥生物科技有限公司生產，主要成分為草炭、蛭石、腐熟羊糞)。

1.2 試驗地概況

試驗于2017年4—7月在內蒙古農業大學教學試驗基地日光溫室中進行。測得的當天溫室氣溫見表1。

表1 測定當天09：00—11：00溫室內氣溫

1.3 試驗設計

設置4個CO2濃度，(600±50)、(800±50)、(1 000±50)、(350±50)μL/L，分別計為C1、C2、C3、CK 4個處理。4月3日于實驗室浸種4～6 h后置于28 ℃的培養箱中催芽，4月5日進行播種育苗。育苗采用50穴的穴盤，每穴1粒，每處理6盤，3次重復，播種后覆蓋蛭石，澆透水。試驗在同一溫室內進行，采用隨機區組設計，設3個處理和1個對照，每個處理3次重復。各處理通過搭建塑料小棚使其完全隔開，相互獨立。于番茄幼苗剛露真葉時開始增施CO2，時間為晴天每天 08：00—11：00，陰天不施。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 幼苗株高、莖粗、葉面積的測定 增施CO2后每隔 5 d，每個處理取15株，重復3次，測定番茄幼苗株高、莖粗、葉面積。株高，為莖基部到生長點的距離，用直尺進行測量；莖粗，為子葉基部下胚軸的直徑，用游標卡尺進行測量；葉面積，為全部真葉面積之和，用AM-200型葉面積儀(英國ADC生物科技有限公司)測定。

1.4.2 光合指標測定 光合作用采用美國Li-Cor公司生產的Li-6400型便攜式光合作用測定儀測定，選處理12 d番茄幼苗最佳功能葉片(上數第2張展開葉)凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、胞間CO2濃度。具體測量時，每次選擇15株植物，對上部的功能葉片進行測定，重復3次，計算平均值。每隔5 d對番茄幼苗葉片進行SPAD值的測定。

1.5 數據統計與分析

用Microsoft Excel 2003軟件和SAS 9.0對數據進行處理和繪圖。

2 結果與分析

2.1 CO2加富對番茄幼苗形態指標的影響

2.1.1 CO2加富對番茄幼苗株高的影響 株高是反映作物生長特征的重要指標之一，CO2加富均能提高番茄苗期的株高(圖1)。處理后6 d，各處理均與CK存在極顯著差異，且分別提高了13.51%、61.26%、38.74%；處理后12 d，各處理均與CK存在極顯著差異，但相互間差異不顯著，與CK相比分別提高19.85%、31.00%、23.88%；處理18 d，C2與其他處理均存在極顯著差異，較CK、C1、C3分別提高66.40%、57.17%、18.79%；處理后24 d，C2、C3差異不顯著，但與C1、CK存在極顯著差異。CO2加富均能不同程度提高番茄株高，總體表現為C2>C3>C1>CK。

2.1.2 CO2加富對番茄幼苗莖粗的影響 莖粗能在一定程度上反映植株營養生長狀況和健壯程度。由圖2可知，CO2加富提高了番茄幼苗的莖粗，處理6、12、18、24 d，與CK相比分別提高了2.36%～14.56%、9.69%～27.24%、6.85%～32.95%、12.70%～43.57%。處理24 d，莖粗增加最快，C1、C2、C3分別較CK提高12.70%、43.57%、31.03%，且與CK存在顯著差異。可見，CO2加富能夠促進番茄植株生長。

2.1.3 CO2加富對番茄幼苗葉面積的影響 葉面積的大小與作物光合生產勢、光合生產率及產量高低都有一定的關系。如圖3所示，隨著處理時間的延長，各處理幼苗葉面積均呈上升趨勢。處理24 d，葉面積增長最快，C1、C2、C3與CK相比分別提高1.22、1.81、1.57倍。CO2加富對番茄幼苗葉面積的作用效果與株高和莖粗相同，不同處理間總體表現為C2>C3>C1>CK。

2.2 CO2加富對番茄幼苗光合特性的影響

2.2.1 CO2加富對番茄幼苗葉片SPAD值的影響 CO2加富對番茄幼苗葉片SPAD值的影響如表2所示，不同處理間影響程度存在差異。C1處理6、12、18 d后與CK差異不顯著，24 d后與CK差異極顯著；C2處理6、12、18、24 d后與CK存在顯著差異，分別增加25.62%、16.97%、13.34%、24.42%；C3處理6、12、24 d后與CK存在極顯著差異，且分別增加20.94%、17.06%、21.80%?？梢?，增施CO2可顯著提高番茄葉片SPAD值，C2和C3處理效果較佳。

2.2.2 CO2加富對番茄幼苗光合特性的影響 CO2是植物進行光合作用的物質基礎之一，其濃度改變將影響作物凈光合速率。如表3所示，隨著CO2濃度的增加，植株凈光合速率明顯提高，C2最高、C3、C1次之，CK最低，各處理(C2、C3、C1)較CK分別提高24.11%、18.90%和5.48%，且C2和C3均與C1、CK存在極顯著差異；C3胞間CO2濃度最高，各處理間存在極顯著差異；C3氣孔導度(Gs)最低，CK最高，各處理間存在極顯著差異，CO2濃度升高時，葉片通過減小氣孔導度來降低蒸騰作用[8]。CO2濃度增高，會引起氣孔的不均勻關閉或開度減小，使氣孔阻力加大，氣孔導度降低。C1、C2、C3氣孔導度較CK分別降低23.81%、30.95%和52.38%。

表2 CO2加富對葉片葉綠素SPAD值的影響

表3 CO2加富對葉片光合特性的影響

3 討論與結論

于承艷等研究表明，高濃度CO2條件下，番茄植株的株高、莖周長明顯增加[9]。李寧等研究得出，較高濃度CO2可以增加番茄的株高、莖粗[20]。本試驗表明，CO2加富均能增加番茄幼苗的株高、莖粗、葉面積，C1、C2、C3株高、莖粗、葉面積均與CK存在顯著差異，尤以C2和C3生長勢最強。

高濃度CO2顯著提高葉片SPAD值，提高凈光合速率[21]。李清明等研究表明，在干旱脅迫條件下，CO2濃度倍增可顯著降低黃瓜幼苗蒸騰速率(Tr)和Gs、顯著提高Pn[22]。有研究表明，長期CO2加富和高溫條件下，植物凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導度、蒸騰速率、葉綠素含量均顯著提高[23]。本試驗結果進一步表明，隨著CO2濃度的增加，番茄幼苗凈光合速率亦明顯提高，均為C2最高，C3、C1次之，CK最低。CO2濃度增加常伴隨著氣孔的關閉和氣孔導度降低，胞間CO2濃度以C3最高，氣孔導度以C3最低，CK最高。

增施CO2顯著提高了番茄幼苗凈光合速率和胞間CO2濃度，降低了葉片氣孔導度，促進了幼苗的株高、莖粗、葉面積、葉片SPAD值的增長。以濃度為(800±50)μL/L的效果最好，更適合作為我國北方高寒地區蕃茄設施栽培。