CO2加富對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)及光合特性的影響

高 宇， 崔世茂， 宋 陽， 孫世君

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019)

番茄是世界上最主要的蔬菜之一，也是設(shè)施栽培面積最大的蔬菜之一，它的消費(fèi)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(zhì)和維生素，而且還具有預(yù)防心臟病和消除人體自由基等多種功能[3-4]。按照設(shè)施蔬菜栽培高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的要求，我國(guó)設(shè)施蔬菜取得了迅猛的發(fā)展。截至2010年底，我國(guó)設(shè)施蔬菜年種植面積分別占我國(guó)設(shè)施栽培面積的95%和世界設(shè)施園藝面積的80%，成為世界上設(shè)施面積最大的國(guó)家[5]。在我國(guó)，設(shè)施園藝的發(fā)展基本解決了蔬菜供應(yīng)不足的問題，但也存在一定問題。設(shè)施環(huán)境相對(duì)封閉，CO2得不到補(bǔ)充，經(jīng)常處于虧缺狀態(tài)，被認(rèn)為是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的重要因子[6]，因此對(duì)棚室作物補(bǔ)充CO2是提高作物產(chǎn)品產(chǎn)量的重要途徑之一[7]。CO2施肥能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)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(zhǎng)指標(biāo)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(duì)光合作用產(chǎn)生限制。Wu等認(rèn)為，高濃度CO2有利于提高作物光合作用以及生長(zhǎng)、產(chǎn)量和水分利用效率[7]。本試驗(yàn)針對(duì)日光溫室低濃度CO2，探索CO2加富對(duì)番茄苗期生長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古日光溫室蔬菜栽培的高產(chǎn)提供理論指導(dǎo)與技術(shù)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(zhì)為蒙大育苗基質(zhì)(由內(nèi)蒙古蒙肥生物科技有限公司生產(chǎn)，主要成分為草炭、蛭石、腐熟羊糞)。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年4—7月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)試驗(yàn)基地日光溫室中進(jìn)行。測(cè)得的當(dāng)天溫室氣溫見表1。

表1 測(cè)定當(dāng)天09：00—11：00溫室內(nèi)氣溫

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置4個(gè)CO2濃度，(600±50)、(800±50)、(1 000±50)、(350±50)μL/L，分別計(jì)為C1、C2、C3、CK 4個(gè)處理。4月3日于實(shí)驗(yàn)室浸種4～6 h后置于28 ℃的培養(yǎng)箱中催芽，4月5日進(jìn)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(fù)，播種后覆蓋蛭石，澆透水。試驗(yàn)在同一溫室內(nèi)進(jìn)行，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3個(gè)處理和1個(gè)對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)。各處理通過搭建塑料小棚使其完全隔開，相互獨(dú)立。于番茄幼苗剛露真葉時(shí)開始增施CO2，時(shí)間為晴天每天 08：00—11：00，陰天不施。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

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

1.4.2 光合指標(biāo)測(cè)定 光合作用采用美國(guó)Li-Cor公司生產(chǎn)的Li-6400型便攜式光合作用測(cè)定儀測(cè)定，選處理12 d番茄幼苗最佳功能葉片(上數(shù)第2張展開葉)凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、胞間CO2濃度。具體測(cè)量時(shí)，每次選擇15株植物，對(duì)上部的功能葉片進(jìn)行測(cè)定，重復(fù)3次，計(jì)算平均值。每隔5 d對(duì)番茄幼苗葉片進(jìn)行SPAD值的測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Microsoft Excel 2003軟件和SAS 9.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2加富對(duì)番茄幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

2.1.1 CO2加富對(duì)番茄幼苗株高的影響 株高是反映作物生長(zhǎng)特征的重要指標(biāo)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(xiàn)為C2>C3>C1>CK。

2.1.2 CO2加富對(duì)番茄幼苗莖粗的影響 莖粗能在一定程度上反映植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)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?？梢?，CO2加富能夠促進(jìn)番茄植株生長(zhǎng)。

2.1.3 CO2加富對(duì)番茄幼苗葉面積的影響 葉面積的大小與作物光合生產(chǎn)勢(shì)、光合生產(chǎn)率及產(chǎn)量高低都有一定的關(guān)系。如圖3所示，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理幼苗葉面積均呈上升趨勢(shì)。處理24 d，葉面積增長(zhǎng)最快，C1、C2、C3與CK相比分別提高1.22、1.81、1.57倍。CO2加富對(duì)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(xiàn)為C2>C3>C1>CK。

2.2 CO2加富對(duì)番茄幼苗光合特性的影響

2.2.1 CO2加富對(duì)番茄幼苗葉片SPAD值的影響 CO2加富對(duì)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(duì)番茄幼苗光合特性的影響 CO2是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)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(dǎo)度(Gs)最低，CK最高，各處理間存在極顯著差異，CO2濃度升高時(shí)，葉片通過減小氣孔導(dǎo)度來降低蒸騰作用[8]。CO2濃度增高，會(huì)引起氣孔的不均勻關(guān)閉或開度減小，使氣孔阻力加大，氣孔導(dǎo)度降低。C1、C2、C3氣孔導(dǎo)度較CK分別降低23.81%、30.95%和52.38%。

表2 CO2加富對(duì)葉片葉綠素SPAD值的影響

表3 CO2加富對(duì)葉片光合特性的影響

3 討論與結(jié)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(zhǎng)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(yàn)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(zhǎng)勢(shì)最強(qiáng)。

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(zhǎng)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(dǎo)度、蒸騰速率、葉綠素含量均顯著提高[23]。本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(guān)閉和氣孔導(dǎo)度降低，胞間CO2濃度以C3最高，氣孔導(dǎo)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(dǎo)度，促進(jìn)了幼苗的株高、莖粗、葉面積、葉片SPAD值的增長(zhǎng)。以濃度為(800±50)μL/L的效果最好，更適合作為我國(guó)北方高寒地區(qū)蕃茄設(shè)施栽培。