CO2加富对结球甘蓝秧苗质量和光合特性的影响

宋红霞，成 静，郑少文，许小勇，张 静，侯雷平，李梅兰，邢国明

（山西农业大学园艺学院，山西太谷030801）

随着现代化工业的发展，化石燃料消耗量增加，使得CO2浓度升高，全球气候变暖，这一环境问题是人类当前面临的最大挑战[1]。众所周知，CO2是植物进行光合作用最重要的原料之一，所以，CO2含量的高低直接影响蔬菜作物的生长发育、产量提高和品质形成。温室的相对密闭性造成了弱光、弱气的特殊环境条件，使得温室内CO2严重亏缺，甚至低于大气CO2浓度，影响作物的正常光合作用，进而影响设施农业产业发展[2-3]。目前，已有许多研究表明[4-6]，增施CO2可以显著增加作物的株高、茎粗、干物质的积累，改善品质，同时也显著提高光合速率。所以，设施内增施CO2即CO2“施肥效应”具有理论意义和实践价值[7-9]。

结球甘蓝（Brassica oleracea var.capitata）是百姓餐桌上喜闻乐见的蔬菜之一，本试验以结球甘蓝为材料，研究在人工控制环境条件下，增施CO2气肥，对甘蓝幼苗形态指标、光合特性和生理指标的影响，为CO2加富生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试甘蓝品种为中甘21号，购自新绛美霞种苗公司。

1.2 试验设计

1.2.1 种子处理 种子进行温汤浸种后置于温度为25℃、光照时间为16 h的人工气候室中催芽，待胚根突破种皮后移栽于50孔穴盘中，基质育苗，充足水分供应。

1.2.2 CO2施肥设置 试验于2017年春季在山西农业大学园艺站日光温室中进行，对照区和富碳区用塑料薄膜完全隔开，相互独立。富碳区CO2浓度设置为（800±50）μmol/mol，CO2来源为钢瓶装纯CO2（纯度为99.9%），将CO2钢瓶放置于操作间，通过管道将气体导入富碳区。以不施CO2为对照区。待幼苗长至两叶一心时，分别将穴盘苗放置于2个区域，每天 7：00—9：00 增施，阴雨天不施，直到苗期结束。其他栽培管理方式相同。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生长指标测定 开始增施CO2时记录形态指标原始数据，此后每3～5 d测量一次形态指标。干物质积累的测定：取地上部分和地下部分，放置于烘箱中，温度设置为100℃，杀青10 min后温度调至75℃烘干至恒质量，分别称质量。壮苗指数＝（茎粗/株高＋地下干质量/地上干质量）×全株干质量；根冠比＝地下部干质量/地上部干质量。

1.3.2 光合性能测定 采用Li-6400XT便携式光合气体分析系统（LI-CORBiosciences Inc.，USA）进行净光合速率和光响应曲线测定。测定时间为9：00—12：00，被测叶面积 6 cm2，气体流速 500 μmol/s。富碳区内叶片叶室CO2浓度设定为800 μmol/mol，对照设定为400 μmol/mol。测定时使用内置红蓝光源，叶室温度设定为25℃。

1.3.3 品质指标测定[10]待甘蓝幼苗6片真叶苗期结束时，于晴天早晨，选取长势一致且发育良好的幼苗，进行生理指标测定。叶绿素含量采用丙酮法测定；可溶性糖采用蒽酮比色法测定；根系活力采用TTC法测定；维生素C采用2，6-D滴定法测定；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250染色法测定。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010和SAS 9.2软件进行数据处理和分析，并进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 CO2加富对甘蓝幼苗壮苗指标的影响

株高和茎粗是衡量植株长势强弱的一个重要指标，一定程度反映了幼苗的健壮程度。从表1可以看出，提高CO2浓度使幼苗的株高、茎粗、根系长度和地上、地下干质量极显著增加，说明CO2加富有助于幼苗根系的伸长，植株干物质的积累，同时缩短了育苗时间，加速了壮苗的发育进程。

表1 CO2加富对甘蓝幼苗壮苗指标的影响

2.2 CO2加富对甘蓝幼苗素质的影响

由表2可知，CO2加富处理后，幼苗的根系活力、根冠比以及壮苗指数均极显著增加，尤其是根系活力增加最为显著。这表明提高CO2浓度可以显著促进幼苗地下部快速生长，有效提高幼苗的素质，有利于培育壮苗。

表2 CO2加富对甘蓝幼苗素质的影响

2.3 CO2加富对甘蓝幼苗光合作用的影响

CO2是植物光合作用的原料，提高的CO2浓度会显著提高植物叶片的光合速率。曾有研究表明，当环境中CO2浓度增加至700 μmol/mol时，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，与对照相比，CO2加富的甘蓝幼苗净光合速率显著提高，幼苗的光补偿点降低，光饱和点提高。提高CO2浓度可以显著增加蔬菜光合速率的主要原因：一是增加了蔬菜叶片中Rubisco羧化酶活性，降低了加氧酶活性，加速了碳同化；二是降低了光补偿点，增加了光合量子产额，提高了蔬菜利用弱光的能力[13]。

表3 CO2加富对甘蓝幼苗光合作用的影响

2.4 CO2加富对甘蓝幼苗品质的影响

由表4可见，CO2加富后幼苗的维生素C、可溶性蛋白、可溶性总糖含量以及叶绿素含量均有不同程度的提高，与对照相比达到极显著差异水平，极大地提高了幼苗的品质。李永华等[14]研究指出，红掌增施CO2后碳水化合物含量增加，本研究结果表明，CO2浓度的提高对甘蓝幼苗品质的改善有显著的促进作用，与李永华研究结果一致。

表4 CO2加富对甘蓝幼苗品质的影响

3 讨论与结论

CO2浓度的高低对蔬菜的生长发育具有显著影响。陈庭甫等[15]研究表明，环境中CO2浓度增加影响了植物一些器官如根、茎、叶的生长与发育，使总生物量随CO2含量的增加而增加。本试验结果也表明，在甘蓝CO2饱和点以下提高其浓度，可以明显增加幼苗的株高、茎粗、根长、地上部和地下部干物质积累量。根系活力的大小可以反映植株根系代谢能力的强弱，与CO2的含量密切相关。蒋跃林等[16]以盆栽大豆为试验材料，研究了大豆根系生理特征对CO2浓度升高的响应，结果表明，随着CO2浓度的升高，明显促进大豆根系生长，根系活力显著增强。本试验结果表明，提高CO2浓度可以增强根系的代谢能力，增加壮苗指数，有利于培育壮苗。

CO2浓度的升高对植物的生长、生理生化过程和养分吸收等过程会产生重大的影响[2]。设施的密闭条件远不能满足蔬菜作物光合作用对CO2的需要。卢育华等研究表明，在短时间内增施CO2确实能够提高植物的净光合速率，加速光合作用[17-18]。本试验也表明，CO2加富显著降低幼苗的光补偿点，提高饱和点，进而提高甘蓝幼苗对光能的利用效率。

综上所述，CO2加富极显著增加了结球甘蓝幼苗的株高、茎粗、根长以及干物质的积累量；根系活力、壮苗指数、根冠比明显增加；维C、可溶性糖、蛋白质、叶绿素含量极显著增加；幼苗的净光合速率明显加快，光饱和点升高，光补偿点降低。

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