長日照、CO2加富對休眠狀態(tài)下草莓形態(tài)特征及光合特性的影響

張 卓，付崇毅，潘 璐，宋 陽，楊志剛，張 毅，崔世茂

（1.內蒙古農業(yè)大學 園藝與植物保護學院，內蒙古 呼和浩特 010019；2.內蒙古自治區(qū)農牧業(yè)科學院，內蒙古 呼和浩特 010031；3.山西省設施蔬菜提質增效協(xié)同創(chuàng)新中心，山西 太谷 030801）

光合作用是植物重要的代謝過程，是植物生長發(fā)育的基礎，植物通過光合作用進行能量轉換和物質積累[1]，從而為植物生長發(fā)育提供必要的物質和能量。研究表明，長日照可以提高植株單位葉面積的光合能力[2]，同時適當延長光照時間還可以提高植物葉片的抗冷性[3]。目前的研究普遍認為，適量增施CO2能夠促進植物光合作用，提高作物抗逆性[4-5]。草莓（Fragaria ananassa Duch），是目前我國設施栽培面積較大的水果，隨著栽培面積的不斷擴大，栽培技術不斷提高。草莓在秋季會感應短日照條件進入休眠，為防止草莓進入深度休眠，生產上會通過溫度和光照管理調節(jié)草莓的休眠狀態(tài)，維持草莓“半休眠”狀態(tài)是獲得草莓高產的基礎。然而，在冬季連續(xù)陰雨雪或霧霾天氣條件下，設施溫度持續(xù)過低，加之生產管理不當等因素，會誘導草莓進入深度休眠狀態(tài)，嚴重影響產量和品質。溫度、光照管理、噴施激素是調節(jié)草莓休眠狀態(tài)的重要手段[6]。目前，有關CO2加富、光照對草莓的影響研究已有報道[7-8]，而有關長日照和CO2加富處理對休眠狀態(tài)下草莓生長的影響鮮有報道。本試驗研究了長日照、CO2加富處理對休眠狀態(tài)下草莓光合作用的影響，以期為設施草莓的高產優(yōu)質栽培提供理論依據和技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及設計

試驗在內蒙古農業(yè)大學試驗基地進行，選用“京桃香”（Jingtaoxiang）草莓為試驗材料。2018年8月29日，選四葉一心、長勢一致的草莓苗定植在苗缽（21 cm×26 cm）中，每個苗缽定植1 株，共定植120 株。將盆栽草莓放置在日光溫室（無保溫被）中，溫室風口不關，持續(xù)低溫管理至草莓苗出現矮化現象（草莓進入休眠狀態(tài)的標志）。11月10日，將草莓苗移入光照培養(yǎng)箱（MGC-300A），培養(yǎng)箱溫度設置為25 ℃/18 ℃（晝/夜），光照強度為37.5 μmol/（m2·s），濕度為85%。每個處理30 株草莓，共設置4 個處理，分別為對照（CK）：常規(guī)管理模式，光照時間為10 h（晝），黑暗時間為14 h （夜）；CO2加富（CO2）：培養(yǎng)箱內的白天模式開啟2 h 后，開始增施CO2（600～800 μmol/L），加富時間為5 h，光照時間為10 h（晝），黑暗時間為14 h（夜）；長日照（LD）：常規(guī)管理模式，光照時間為16 h（晝），黑暗時間為8 h（夜）；長日照+CO2加富（LD+CO2）：培養(yǎng)箱內白天模式開啟2 h 后，開始增施CO2（600～800 μmol/L），加富時間為5 h，光照時間為16 h（晝），黑暗時間為8 h（夜）。

1.2 測定時間及方法

形態(tài)指標測定：于處理35 d 后測定。株高按照孟令春等[9]的方法進行測定；葉柄長使用電子游標卡尺測量心葉向外第3 片展平的功能葉的葉柄長度；葉面積采用剪紙稱重法[10]測定。

地上部干重的測定：取草莓植株全部葉片于105 ℃進行殺青，置于烘箱80 ℃烘干6 h，稱量得到地上部干重，每個處理取3 個樣品，取其平均值。

光合作用指標測定：使用Li-6400 型便攜式光合作用測定儀（Li-Cor 公司，美國），于處理7、14、21、28、35 d 分別測定凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導度。在培養(yǎng)箱“白天模式”開啟4 h后測定，每次選擇3 株草莓功能葉片（心葉向外第3片）進行測量，每片葉子重復3 次，計算平均值。剪下測定后的葉片，立即置于液氮中，帶回實驗室進行后續(xù)試驗。使用SPAD-502 葉綠素儀（柯尼卡美能達，日本）測定草莓功能葉片（心葉向外第3 片）的葉綠素SPAD值，每片葉片重復3 次，計算平均值。

生理指標測定：于處理7、14、21、28、35 d 分別取樣?？扇苄缘鞍踪|含量采用考馬斯亮藍法測定；淀粉含量采用高氯酸水解蒽酮比色法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[11]。

1.3 數據統(tǒng)計與分析

應用Microsoft Excel 2010 軟件和SPSS 19.0 軟件對數據進行分析和處理。

2 結果與分析

2.1 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓形態(tài)指標和地上部干重的影響

由表1 可知，不同處理下草莓株高和葉柄長表現為：LD+CO2＞CO2＞LD＞CK；LD+CO2和CO2處理的草莓株高分別比對照提高了47.72%和31.94%，差異顯著（P＜0.05）；LD+CO2和CO2處理的草莓葉柄長分別比對照提高了41.35%和34.05%，差異顯著（P＜0.05）。草莓的葉面積在不同處理下表現為：LD+CO2＞LD＞CO2＞CK。LD+CO2、LD 和CO2處理的葉面積均顯著高于對照（P＜0.05），分別比對照提高了36.17%、18.17%和12.33%；LD+CO2處理的草莓葉面積也顯著高于LD 和CO2處理（P＜0.05）。此外，LD+CO2、CO2、LD 處理的草莓地上部干重顯著高于對照（P＜0.05），LD 和CO2處理的草莓地上部干重差異不顯著。這表明LD+CO2、LD 和CO2處理都能促進草莓地上部干重的積累，但LD+CO2處理對葉面積生長的促進作用最顯著。

表1 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓形態(tài)指標和地上部干重的影響

2.2 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片光合特性的影響

2.2.1 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片SPAD值的影響 由圖1 可知，LD+CO2、CO2和LD 處理的草莓葉片SPAD值均顯著高于對照（P＜0.05）。LD+CO2處理對草莓葉片SPAD值的影響最明顯，與CK 相比，處理7、14、21、28、35 d 分別提高了28.52%、32.27%、32.45%、28.68%、23.24%。處理14 d 后，LD+CO2處理的草莓葉片SPAD值顯著高于CO2和LD 處理。這表明長日照和CO2處理均能顯著提高草莓葉片的SPAD值，但長日照與CO2加富耦合處理的提升效果最好。

2.2.2 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片凈光合速率的影響 由圖2 可知，不同處理的草莓葉片凈光合速率均呈先升高后降低的趨勢，且都在處理21 d 時達到最高值，整體表現為LD+CO2＞CO2＞LD＞CK。在整個處理期間，LD+CO2、CO2和LD 處理的凈光合速率均顯著高于對照（P＜0.05）。LD+CO2處理對草莓葉片凈光合速率的促進作用最大，在處理7、14、21、28、35 d，草莓葉片凈光合速率比對照分別提高了79.70%、98.45%、84.47%、80.93%、92.30%。這表明長日照或者CO2處理均可以提高休眠狀態(tài)下草莓葉片的凈光合速率，但是LD+CO2處理后對草莓凈光合速率的提高更加顯著。

2.2.3 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片胞間CO2濃度的影響 由圖3 可知，各處理草莓葉片的胞間CO2濃度均表現出與凈光合速率相反的變化趨勢，呈先降低后升高的趨勢。草莓葉片的胞間CO2濃度值整體表現為LD+CO2＞CO2＞LD＞CK。LD+CO2、CO2和LD 處理草莓葉片的胞間CO2濃度均與對照差異顯著（P＜0.05），而LD+CO2和CO2處理差異不顯著。

2.2.4 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片氣孔導度的影響 由圖4 可知，LD+CO2、CO2和LD 處理均能提高草莓葉片的氣孔導度，整體表現為LD+CO2＞LD＞CO2＞CK。處理21 d，LD+CO2、CO2和LD 處理的草莓葉片氣孔導度較對照分別提高了195.33%、116.20%、138.32%。表明LD+CO2、CO2和LD 處理均可以提高休眠狀態(tài)下草莓葉片的氣孔導度。

2.2.5 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片蒸騰速率的影響 由圖5 可知，不同處理草莓葉片的蒸騰速率與氣孔導度的變化一致，均呈先上升后下降的趨勢，LD+CO2處理草莓葉片的蒸騰速率始終高于其他處理，且LD+CO2處理草莓葉片的蒸騰速率與對照相比差異顯著（P＜0.05），處理21 d 提高了48.91%。CO2與LD 處理之間草莓葉片的蒸騰速率差異不顯著。

2.3 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片光合產物的影響

2.3.1 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片可溶性蛋白質含量的影響 由圖6 可知，隨著處理時間的延長，不同處理草莓葉片的可溶性蛋白質含量逐漸升高，總體表現為LD+CO2＞LD＞CO2＞CK。LD+CO2、CO2和LD 處理的草莓葉片可溶性蛋白含量均顯著高于CK（P＜0.05），分別提高了178.31%、91.30%、40.07%。LD 處理草莓葉片的可溶性蛋白質含量始終顯著高于CO2處理（P＜0.05）。

2.3.2 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片淀粉含量的影響 由圖7 可知，不同處理草莓葉片的淀粉含量均呈先降低后升高的趨勢，CO2和LD 處理均能提高草莓葉片淀粉含量。LD+CO2處理對草莓葉片的淀粉含量影響最明顯，處理7、14、21、28、35 d，LD+CO2處理的草莓葉片淀粉含量比對照分別提高了76.92%、108.36%、129.22%、146.52%、28.65%。

2.3.3 不同處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片可溶性糖含量的影響 由圖8 可知，CO2和LD 處理對草莓葉片可溶性糖含量的提高均有促進作用，且CO2和LD+CO2處理草莓葉片的可溶性糖含量均顯著高于對照（P＜0.05）。各處理草莓葉片的可溶性糖含量在處理28 d 時達到最大值，分別為5.725、8.463、9.593、9.794 mg/g。

3 討論與結論

在設施栽培中，草莓如果在冬季進入深度休眠，新長出的葉子會變小，葉柄縮短，植株矮化，整體光合作用量減少，造成果實小，產量低[12]。光合作用是植物生長發(fā)育的基礎，而葉片是光合作用的主要器官，葉面積差異會影響植株群體的光合效率[13-14]。本試驗結果表明，CO2和LD 處理均能促進休眠狀態(tài)下草莓的葉片生長，表現為葉柄伸長和葉面積增大，LD+CO2處理對草莓葉片生長的影響更顯著。研究發(fā)現，延長光照時間能夠提高茄子葉片中葉綠素的含量[15]，CO2加富處理也能夠提高甜椒葉片SPAD值[16]。本試驗的研究結果也表明，長日照處理和CO2加富處理都顯著提高了休眠狀態(tài)下草莓葉片的SPAD值。已有研究證實，隨著光照時間的延長，金銀花葉片的凈光合速率顯著上升[17]；升高環(huán)境CO2濃度可以顯著提高茶葉的凈光合速率，從而提升光合能力[18]。本研究結果表明，CO2加富和長日照處理均能顯著提高休眠狀態(tài)下草莓葉片的凈光合速率，而CO2加富和LD 處理的草莓葉片胞間CO2濃度、氣孔導度也明顯高于對照。因此，CO2加富和長日照處理一方面會影響草莓葉綠素含量，另一方面可能通過氣孔因素影響草莓葉片的光合作用。在處理后35 d內，CO2+LD 處理下草莓的葉片生長和光合作用生理指標均顯著優(yōu)于對照，且與CO2加富和長日照單獨處理相比，CO2加富和長日照耦合處理對休眠狀態(tài)下草莓葉片的生長、光合作用的促進作用更顯著、更穩(wěn)定。

植物的光合能力加強，有利于植物同化作用?？扇苄缘鞍踪|含量的高低，一定程度上反映了植株體內代謝能力的強弱，閆曉花等[19]提出補光可提高黃瓜可溶性蛋白質含量；杜軍利等[20]通過對高粱葉片的研究發(fā)現，延長光照時間能夠顯著提高葉片的可溶性蛋白質、淀粉、可溶性糖的含量；許申平等[21]研究表明，提高CO2濃度能夠顯著提高葉片可溶性蛋白質、淀粉和可溶性糖的含量。本試驗的研究結果證實，CO2加富和長日照處理均能提高休眠狀態(tài)下草莓葉片的可溶性蛋白質、淀粉、可溶性糖含量，且CO2加富和長日照耦合處理對草莓光合產物的積累作用更加顯著。這可能與CO2加富、長日照處理提高了草莓葉片光合能力有關，光合產物以淀粉的形式暫時貯存在草莓的葉片中，同時淀粉又分解產生大量的可溶性糖供應葉片的生長、從而使草莓的葉柄伸長、葉面積增大。

綜上所述，CO2加富、長日照處理可提高休眠狀態(tài)下草莓葉片的光合速率，加快碳同化，加速光合產物的形成與積累，促進休眠狀態(tài)下草莓葉片的生長。