CO2加富對結球甘藍秧苗質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，邢國明

（山西農業大學園藝學院，山西太谷030801）

隨著現代化工業的發展，化石燃料消耗量增加，使得CO2濃度升高，全球氣候變暖，這一環境問題是人類當前面臨的最大挑戰[1]。眾所周知，CO2是植物進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發育、產量提高和品質形成。溫室的相對密閉性造成了弱光、弱氣的特殊環境條件，使得溫室內CO2嚴重虧缺，甚至低于大氣CO2濃度，影響作物的正常光合作用，進而影響設施農業產業發展[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、干物質的積累，改善品質，同時也顯著提高光合速率。所以，設施內增施CO2即CO2“施肥效應”具有理論意義和實踐價值[7-9]。

結球甘藍（Brassica oleracea var.capitata）是百姓餐桌上喜聞樂見的蔬菜之一，本試驗以結球甘藍為材料，研究在人工控制環境條件下，增施CO2氣肥，對甘藍幼苗形態指標、光合特性和生理指標的影響，為CO2加富生產提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試甘藍品種為中甘21號，購自新絳美霞種苗公司。

1.2 試驗設計

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

1.2.2 CO2施肥設置 試驗于2017年春季在山西農業大學園藝站日光溫室中進行，對照區和富碳區用塑料薄膜完全隔開，相互獨立。富碳區CO2濃度設置為（800±50）μmol/mol，CO2來源為鋼瓶裝純CO2（純度為99.9%），將CO2鋼瓶放置于操作間，通過管道將氣體導入富碳區。以不施CO2為對照區。待幼苗長至兩葉一心時，分別將穴盤苗放置于2個區域，每天 7：00—9：00 增施，陰雨天不施，直到苗期結束。其他栽培管理方式相同。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生長指標測定 開始增施CO2時記錄形態指標原始數據，此后每3～5 d測量一次形態指標。干物質積累的測定：取地上部分和地下部分，放置于烘箱中，溫度設置為100℃，殺青10 min后溫度調至75℃烘干至恒質量，分別稱質量。壯苗指數＝（莖粗/株高＋地下干質量/地上干質量）×全株干質量；根冠比＝地下部干質量/地上部干質量。

1.3.2 光合性能測定 采用Li-6400XT便攜式光合氣體分析系統（LI-CORBiosciences Inc.，USA）進行凈光合速率和光響應曲線測定。測定時間為9：00—12：00，被測葉面積 6 cm2，氣體流速 500 μmol/s。富碳區內葉片葉室CO2濃度設定為800 μmol/mol，對照設定為400 μmol/mol。測定時使用內置紅藍光源，葉室溫度設定為25℃。

1.3.3 品質指標測定[10]待甘藍幼苗6片真葉苗期結束時，于晴天早晨，選取長勢一致且發育良好的幼苗，進行生理指標測定。葉綠素含量采用丙酮法測定；可溶性糖采用蒽酮比色法測定；根系活力采用TTC法測定；維生素C采用2，6-D滴定法測定；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250染色法測定。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010和SAS 9.2軟件進行數據處理和分析，并進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 CO2加富對甘藍幼苗壯苗指標的影響

株高和莖粗是衡量植株長勢強弱的一個重要指標，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、根系長度和地上、地下干質量極顯著增加，說明CO2加富有助于幼苗根系的伸長，植株干物質的積累，同時縮短了育苗時間，加速了壯苗的發育進程。

表1 CO2加富對甘藍幼苗壯苗指標的影響

2.2 CO2加富對甘藍幼苗素質的影響

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濃度可以顯著促進幼苗地下部快速生長，有效提高幼苗的素質，有利于培育壯苗。

表2 CO2加富對甘藍幼苗素質的影響

2.3 CO2加富對甘藍幼苗光合作用的影響

CO2是植物光合作用的原料，提高的CO2濃度會顯著提高植物葉片的光合速率。曾有研究表明，當環境中CO2濃度增加至700 μmol/mol時，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，與對照相比，CO2加富的甘藍幼苗凈光合速率顯著提高，幼苗的光補償點降低，光飽和點提高。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；二是降低了光補償點，增加了光合量子產額，提高了蔬菜利用弱光的能力[13]。

表3 CO2加富對甘藍幼苗光合作用的影響

2.4 CO2加富對甘藍幼苗品質的影響

由表4可見，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，與對照相比達到極顯著差異水平，極大地提高了幼苗的品質。李永華等[14]研究指出，紅掌增施CO2后碳水化合物含量增加，本研究結果表明，CO2濃度的提高對甘藍幼苗品質的改善有顯著的促進作用，與李永華研究結果一致。

表4 CO2加富對甘藍幼苗品質的影響

3 討論與結論

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

CO2濃度的升高對植物的生長、生理生化過程和養分吸收等過程會產生重大的影響[2]。設施的密閉條件遠不能滿足蔬菜作物光合作用對CO2的需要。盧育華等研究表明，在短時間內增施CO2確實能夠提高植物的凈光合速率，加速光合作用[17-18]。本試驗也表明，CO2加富顯著降低幼苗的光補償點，提高飽和點，進而提高甘藍幼苗對光能的利用效率。

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

參考文獻：

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

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

［3］楊克彬，孟凡志.日光溫室冬季增施CO2對切花紅掌光合作用及生長發育的影響[J].應用生態學報，2017，28（6）：1941-1947.

［4］歐陽芳，孫治強，齊衛強，等.CO2加富對茄子穴盤幼苗生長的影響[J].河南農業大學學報，2009，43（1）：35-40.

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

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

［7］崔青青，董彥紅.CO2加富下水氮耦合對黃瓜葉片光合作用和超微結構的影響[J].應用生態學報，2017，28（4）：1237-1245.

［8］楊文斌，張玉琴.日光溫室增施CO2對黃瓜生長發育的影響[J].山西農業科學，1998，26（2）：51-53.

［9］張仟雨，聶磊云，李萍，等.大氣CO2濃度升高對小白菜生長發育及品質的影響[J].山西農業科學，2017，45（3）：428-432.

［10］李合生.植物生理生化實驗原理和技術[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加富對非洲菊光合生理和生長的影響[J].河南農業科學，2015，44（12）：99-103.

［13］李天來.日光溫室蔬菜栽培理論與實踐[M].北京：中國農業出版社，2013.

［14］李永華，王獻，孔德政，等.長期CO2加富對苗期紅掌植株生長和光合作用的影響[J].生態學報，2007，27（5）：1852-1857.

［15］陳庭甫，劉玲，岳偉.植物對CO2濃度升高的響應[J].安徽農學通報，2005，11（6）：91-96.

［16］蔣躍林，張慶國，張仕定，等.大豆根系生理特性對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.黃瓜單個葉片光合特性研究[J].園藝學報，1994，21（1）：54-58.

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