CO2浓度升高对植物生长和N吸收及代谢的影响

单莉莉，黄宏宇

（1.东北林业大学 林学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.中国人民解放军77675部队71分队，西藏 林芝 860000）

1 引言

CO2浓度升高影响植物生长、N吸收及代谢。多数研究表明CO2浓度升高可促进植物生长，对植物吸收N素的影响因植物种类及供N形态不同而异，对N代谢酶的影响研究结论目前尚不一致。植物的生长、N吸收及代谢与土壤N素有效性密切相关，但CO2浓度与N素形态共同作用对植物的影响还不清楚，有关这方面的研究还有待进一步开展。

自18世纪工业革命以来，大气中CO2浓度已经从250μmol·mol－1增加到20世纪末的365μmol·mol－1。2007年IPCC的评估表明，21世纪末大气中CO2浓度将增加到500～1 000μmol·mol－1。大气CO2浓度升高，对陆地生态系统有着巨大的影响。植物作为陆地生态系统的主体，必然对自身的生长、生理特性做出相应的调整。

2 CO2浓度对植物的影响分析

2.1 CO2浓度升高对植物生长的影响

CO2浓度升高对植物生长影响的研究较多。Ceulemans总结了CO2浓度升高对64个树种生物量的影响后得出，CO2浓度升高使针叶树、阔叶树生物量分别增长63%、38%［1］。Poorter研究认为，CO2浓度升高使C3、C4、CAM植物生物量分别增加47%、11%、21%［2］。因此，CO2浓度升高时，生物量变化与植物种类和C循环途径有关。

CO2浓度升高促进生物量增加的原因主要包括CO2浓度升高使光合作用增强，净光合速率提高，产量增加［3，4］；CO2浓度升高影响了植物的生理活动，从而影响了植物根、茎和叶等器官的生长发育，最终使得产量增加［5，6］。

2.2 CO2浓度升高对植物N素吸收的影响

大气CO2浓度升高会影响植物对N素营养的吸收，比如促进火炬松（Pimus taeda）、北美黄松（Pimus ponderosa Dougl.）幼苗对 N 的吸收速率［7，8］。大气CO2浓度升高对植物吸收N素的影响与被吸收N素的形态有关［9］。多数植物吸收的N素主要是NH＋4－N和NO－3－N，且对NH＋4－N和NO3－N具有选择吸收的特性，会表现出明显的偏好性［10］。CO2浓度升高可能会改变植物对－N和NO3－N吸收的偏好性，如CO2浓度升高明显增加了火炬松、北美黄松、番茄（Lycopersicon esculentum）等对NO3－N的吸收速率，增加了红槭树（Acer rubrum）对NH＋4－N的吸收速率。这可能与植物吸收NH＋4－N，NO3－N的机理有关，相比NH＋4－N的吸收，NO3－N的吸收需要消耗更大的能量。CO2浓度升高促进根系碳水化合物积累［8］，所以有更多的能量用于NO－3的吸收。

2.3 CO2浓度升高对植物N代谢酶的影响

CO2浓度升高对植物吸收N素的影响与植物N代谢酶关系密切，这些N代谢酶主要包括硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）。NR是NO－3同化步骤中的第1个酶，也是整个同化过程的限速酶，在植物N素代谢过程中起着关键的作用［11］。有关CO2浓度升高对NR活性影响的研究较少，且研究结论尚不一致。CO2浓度升高时，水稻和绿豆（Vigna radiata）叶片 NR 活性增强［12，13］，小麦叶片 NR活性下降［14］。CO2浓度升高对NR活性影响与植物培养时间或生长时期有关，如绿豆叶片NR活性在催芽20d时明显低于正常CO2浓度处理，而在催芽后的第35d和50d，NR活性高于正常CO2浓度处理［15］。

GS是NH＋4同化的关键酶，也是N代谢的中心酶。有关CO2浓度升高对植物GS活性影响的研究很少，GS活性受不同N素水平、形态的影响。高浓度的CO2降低了低N水平下水稻叶片GS的活性，而常N水平下酶活性的下降趋势得到改变或缓解［16］。菠菜茎叶中GS活性随着营养液NH＋4－N比例的增加而显著增加［17］。

3 结语

CO2浓度升高可促进植物的生长和代谢，但植物的生长反应受土壤N素有效性的限制，土壤中N素有效性主要指无机氮（NH＋4－N和NO3－N）的有效性。CO2浓度升高对植物NO3－N和NH＋4－N吸收特性的改变具有重要的生态意义，它将影响到未来全球变化条件下的植物种间竞争及群落的物种组成。目前，CO2浓度升高以及N素形态共同作用对植物影响的研究较少，仅见于李娟对番茄的报道［11］。因此，CO2浓度升高与N素形态共同对植物影响的研究将成为今后研究的热点。

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