增施CO2对西瓜生长发育及品质的影响

武佩琪，许小勇，姬胜男，付 菊，李 斌，邢国明，李梅兰，侯雷平

（山西农业大学园艺学院，山西 太谷 030801）

大气CO2被认为是植物光合作用的主要碳源，也是气候变化的主要驱动因素。近年来，大气中CO2浓度逐渐升高，CO2浓度对植物的影响成为植物研究中的热点[1]。自工业革命以来，CO2浓度已经从 280 μmol/mol 上升到了如今的 394 μmol/mol，预计到 2050年该浓度将超过 550 μmol/mol，到 2100年底达到700 μmol/mol[2]。CO2作为植物光合作用的原料，其浓度的变化会对植物的光合作用造成影响，进一步影响植物生长发育和生理代谢过程[3]。相关研究发现，蔬菜幼苗期增施CO2，可以促进秧苗发育，使幼苗根系发达，壮苗率增加。增施CO2还可增加设施甜瓜和番茄的幼苗干质量，利于培育壮苗[4-5]。植物的光合作用还是果蔬产量和品质构成的决定因素，外源增施CO2可促进果蔬生长发育，提高营养品质。CO2浓度升高促进了番茄果实纵横径的发育，增加了番茄果实中可溶性糖、可溶性固形物、可溶性酸及一些次生代谢物质的含量，提高了番茄品质[6]。

近年来，随着我国的园艺设施栽培面积逐渐增加，设施栽培中一些问题也逐渐显现出来，其中包括在温室等相对封闭的环境下进行设施栽培频繁出现CO2的短缺现象[7]，并且由于有机肥料施用量不断减少，化肥使用率增多，土壤中CO2的释放量降低，导致设施果蔬生产中对CO2的强烈需求与实际封闭环境CO2缺乏的矛盾更加突出，这已成为限制果蔬优质高产的主要因素之一[8-9]。西瓜清甜爽口，营养丰富，近年来大棚和温室中的反季节栽培面积也逐渐增加[10]，但是果实品质提升有限。

本研究在日光温室内以2 个西瓜品种科农三号和科农五号为试验材料，探讨外源增施CO2对西瓜苗期和伸蔓期生长发育和品质的影响，旨在为温室西瓜优质高产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试西瓜品种为科农三号和科农五号，温汤浸种后催芽，50 孔穴盘播种育苗。CO2为购自太谷县金桥气体的钢瓶装CO2，纯度为99%。

1.2 试验方法

试验于2017年3月在太谷县山西农业大学园艺站3 号日光温室中进行，共分为2 个区域，分别为富碳区和对照区（温室正常CO2浓度（400±50）μmol/mol），从经济最优角度，选择富碳区 CO2浓度为（800±50）μmol/mol。试验时将 CO2钢瓶放于操作间，通过管道将气体导入富碳区。CO2施加时间为晴天 8：00—10：00，采用盛炎科技研发的 CO2自动调控系统每间隔10 min 自动记录一次相关数据。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 西瓜形态特征的测定 在苗期（3月17日至4月21日）每隔7 d，选择对照区和富碳区相对应位置的 6 株植株，在 9：00—12：00 用卷尺对其株高（茎基部到茎生长点）和叶长进行测量。

在伸蔓期（5月2日至 5月30日）在富碳区和对照区选取位置相一致的5 株植株进行测量，每7 d观测1 次。用卷尺测量其株高（主蔓长）、叶长和叶宽，每个处理3 次重复。

1.3.2 西瓜营养品质的测定 选择植物长势一致、开花日期为同一天和坐瓜节位一致的植株作为采样株，果实成熟后，每个品种分别采摘3 个果实，3 次重复。

用手持测糖仪测定可溶性固形物含量[11-12]；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 染色法测定[13]；维生素C 含量的测定采用2，6- 二氯酚靛酚法测定[13]；有机酸含量采用NaOH 滴定法测定[14]；可溶性总糖含量采用蒽酮比色法测定[14]。

1.4 数据处理

采用Excel 2007 记录和整理数据并作图，用SPSS 软件对数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 增施CO2对西瓜苗期株高和叶长的影响

从图1，2 可以看出，增施CO2可促进2 个西瓜品种苗期株高和叶长的生长。增施CO2与对照相比，2 个品种的株高增幅分别为8.57%～21.02%和10.14%～66.67%，其中，对科龙五号西瓜植株株高影响较大；2 个品种的叶长增幅分别为1.67%～10.87%和26.92%～47.37%。可见，增施CO2可以促进苗期西瓜植株的生长，且对科农五号苗期的促进效果大于科农三号。

2.2 增施CO2对西瓜伸蔓期株高、叶长和叶宽的影响

从表1可以看出，与对照相比，增施CO2后科农三号、科农五号同期株高均有明显增加。其中，科农三号在前期生长阶段（5月2—23日）株高极显著增加，于5月16—23日这一生长阶段株高增幅达到最大，为74.30%，而在5月23—30日期间，增施CO2后西瓜株高增速放缓，而对照株高增幅较大，这可能与植株进入坐果膨大期，植株开始由营养生长放缓，转而投向生殖生长有关；科农五号仅在生长早期（5月2日）处理的西瓜株高有极显著差异，之后生长无显著差异。

表1 增施CO2对西瓜伸蔓期株高的影响 cm

从表2可以看出，增施CO2后科农三号、科农五号叶长均有所增加。科农三号除在生长后期（5月30日）之外，其他各次测量叶长数据均极显著高于对照，且于早期（5月2日之前）测量的叶长差异达最大，为40.65%；科农五号仅生长早期（5月2日之前）叶长有极显著增加，增加幅度为17.86%。

表2 增施CO2对西瓜伸蔓期叶长的影响 cm

由表3可知，与对照相比，增施CO2后科农三号和科农五号叶宽均明显增加，科农三号除了生长中后期（5月16日之后）外，其他各次测量数据均显著高于对照，且于5月16日测量的叶宽增幅最大，为25%；科农五号仅在生长早期（5月2日之前）叶宽增加有极显著差异，显著增加28.68%。

表3 增施CO2对西瓜伸蔓期叶宽的影响 cm

综上所述，增施CO2后，可以促进西瓜早期植株叶长和叶宽的生长，可为后期的生殖生长奠定基础。

2.3 增施CO2对西瓜果实品质的影响

从表4可以看出，增施CO2后科农三号和科农五号西瓜果实的可溶性物质、有机酸和维生素的含量均比对照有显著增加。其中，科农三号可溶性总糖、可溶性固形物、有机酸、维生素C 含量、可溶性蛋白含量分别增加了124%，70.36%，17.71%，23.92%，7.11%，除可溶性蛋白含量之外，其余指标的差异均达到极显著水平；科农五号的可溶性总糖、可溶性固形物、有机酸、维生素C 含量、可溶性蛋白分别增加了107%，38.46%，39.30%，106.30%，22.54%，差异均达到极显著水平。综上所述，外源施加CO2后显著提升了科农三号和科农五号的营养品质，且2 个品种之间存在一定的差异。

表4 增施CO2对西瓜果实品质的影响

3 讨论

随着大气中CO2浓度的不断提高，CO2浓度变化对植物的生长发育的影响越来越受到人们的重视[15]。赵冠艳[16]研究表明，增施CO2明显促进甜瓜幼苗生长，其株高、茎粗明显增加，有利于壮苗的培养。朱世东等[17]研究表明，增施不同浓度的CO2后西、甜瓜的株高和叶面积均有所增大，且浓度为1 100 μmol/mol 的CO2对西瓜、甜瓜生长的促进作用最大。林燚等[18]研究表明，增施900 μmol/mol 的CO2后，西瓜的株高、茎粗、叶面积、叶片数等均有所增加。与前人研究结果相符，本试验中增施CO2可促进科农三号和科农五号植株苗期株高和叶长的生长。其原因可能是：一方面由于增施CO2提高了植物叶片细胞间CO2质量浓度[19]，提高了植物的光合效率[20-21]，促使有机物积累，提高C/N，促进植株生长[22]；另一方面增施CO2促使细胞壁中H+浓度升高，激活软化细胞壁的酶类，解除细胞壁中多聚物的联结，造成细胞壁松弛膨压下降，导致了叶片增厚和叶面积增大[23]。最终加快了科农三号和科农五号的生长发育。而科农五号在5月2日之后生长并无显著影响，可能是由于科农五号对（800±50）μmol/mol 浓度的 CO2不敏感。

单国雷等[24]研究表明，CO2加富下西瓜幼苗中可溶性蛋白、有机酸、维生素C、可溶性糖的含量与对照相比都有明显增加。杨新琴等[25]研究表明，增施CO2后西瓜品质得到了明显的改善，主要表现为可溶性固形物含量增加。本试验增施CO2后2 个西瓜品种的各营养含量都有明显增大，其中，科农三号的可溶性固形物、有机酸、维生素C、可溶性总糖含量分别增加70.36%，17.71%，23.92%，124%，差异均达到极显著水平；科农五号的可溶性固形物、可溶性蛋白、有机酸、维生素C、可溶性总糖含量分别增加38.46%，22.54%，39.30%，106.30%，107%，差异也都达到极显著水平，这与前人研究结果变化趋势相同。科农三号和科农五号营养品质增加的原因可能是由于增施CO2增加了光合效率，促进了有机物的积累，从而提高了西瓜果实的营养品质。

4 结论

通过对2 个西瓜品种的外源补充CO2试验研究发现，增施CO2可促进2 个西瓜品种苗期和伸蔓期的生长，其中对科农三号伸蔓期的生长发育有显著影响；此外，在营养品质方面，增施CO2可提升2 个西瓜品种的各可溶性物质含量，其中，科农三号除可溶性蛋白外，其他可溶性物质均极显著高于对照；而科农五号可溶性固形物、可溶性蛋白、有机酸、维生素C、可溶性糖含量均极显著高于对照。由此可见，在温室内可以通过增施CO2促进西瓜的生长发育，提高西瓜果实的营养品质。