CO2加富对番茄幼苗生长及光合特性的影响

高 宇， 崔世茂， 宋 阳， 孙世君

(内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特 010019)

番茄是世界上最主要的蔬菜之一，也是设施栽培面积最大的蔬菜之一，它的消费量在蔬菜中位居第二[1-2]。番茄不仅含有丰富的抗氧化物质和维生素，而且还具有预防心脏病和消除人体自由基等多种功能[3-4]。按照设施蔬菜栽培高产、优质、高效、生态、安全的要求，我国设施蔬菜取得了迅猛的发展。截至2010年底，我国设施蔬菜年种植面积分别占我国设施栽培面积的95%和世界设施园艺面积的80%，成为世界上设施面积最大的国家[5]。在我国，设施园艺的发展基本解决了蔬菜供应不足的问题，但也存在一定问题。设施环境相对封闭，CO2得不到补充，经常处于亏缺状态，被认为是影响作物生长发育和产量的重要因子[6]，因此对棚室作物补充CO2是提高作物产品产量的重要途径之一[7]。CO2施肥能够促进作物生长和提高产量已有研究[8-12]。大量研究表明，CO2施肥使得番茄植株株高、茎粗、叶面积等生长指标显著提高[3-19]。CO2给植物提供了更多光合作用的原料、避免了由于CO2含量不足对光合作用产生限制。Wu等认为，高浓度CO2有利于提高作物光合作用以及生长、产量和水分利用效率[7]。本试验针对日光温室低浓度CO2，探索CO2加富对番茄苗期生长和光合特性的影响，以期得到番茄温室栽培适宜的CO2施用量，为实现内蒙古日光温室蔬菜栽培的高产提供理论指导与技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为泰科宝石F1番茄。育苗基质为蒙大育苗基质(由内蒙古蒙肥生物科技有限公司生产，主要成分为草炭、蛭石、腐熟羊粪)。

1.2 试验地概况

试验于2017年4—7月在内蒙古农业大学教学试验基地日光温室中进行。测得的当天温室气温见表1。

表1 测定当天09：00—11：00温室内气温

1.3 试验设计

设置4个CO2浓度，(600±50)、(800±50)、(1 000±50)、(350±50)μL/L，分别计为C1、C2、C3、CK 4个处理。4月3日于实验室浸种4～6 h后置于28 ℃的培养箱中催芽，4月5日进行播种育苗。育苗采用50穴的穴盘，每穴1粒，每处理6盘，3次重复，播种后覆盖蛭石，浇透水。试验在同一温室内进行，采用随机区组设计，设3个处理和1个对照，每个处理3次重复。各处理通过搭建塑料小棚使其完全隔开，相互独立。于番茄幼苗刚露真叶时开始增施CO2，时间为晴天每天 08：00—11：00，阴天不施。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 幼苗株高、茎粗、叶面积的测定 增施CO2后每隔 5 d，每个处理取15株，重复3次，测定番茄幼苗株高、茎粗、叶面积。株高，为茎基部到生长点的距离，用直尺进行测量；茎粗，为子叶基部下胚轴的直径，用游标卡尺进行测量；叶面积，为全部真叶面积之和，用AM-200型叶面积仪(英国ADC生物科技有限公司)测定。

1.4.2 光合指标测定 光合作用采用美国Li-Cor公司生产的Li-6400型便携式光合作用测定仪测定，选处理12 d番茄幼苗最佳功能叶片(上数第2张展开叶)净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度。具体测量时，每次选择15株植物，对上部的功能叶片进行测定，重复3次，计算平均值。每隔5 d对番茄幼苗叶片进行SPAD值的测定。

1.5 数据统计与分析

用Microsoft Excel 2003软件和SAS 9.0对数据进行处理和绘图。

2 结果与分析

2.1 CO2加富对番茄幼苗形态指标的影响

2.1.1 CO2加富对番茄幼苗株高的影响 株高是反映作物生长特征的重要指标之一，CO2加富均能提高番茄苗期的株高(图1)。处理后6 d，各处理均与CK存在极显著差异，且分别提高了13.51%、61.26%、38.74%；处理后12 d，各处理均与CK存在极显著差异，但相互间差异不显著，与CK相比分别提高19.85%、31.00%、23.88%；处理18 d，C2与其他处理均存在极显著差异，较CK、C1、C3分别提高66.40%、57.17%、18.79%；处理后24 d，C2、C3差异不显著，但与C1、CK存在极显著差异。CO2加富均能不同程度提高番茄株高，总体表现为C2>C3>C1>CK。

2.1.2 CO2加富对番茄幼苗茎粗的影响 茎粗能在一定程度上反映植株营养生长状况和健壮程度。由图2可知，CO2加富提高了番茄幼苗的茎粗，处理6、12、18、24 d，与CK相比分别提高了2.36%～14.56%、9.69%～27.24%、6.85%～32.95%、12.70%～43.57%。处理24 d，茎粗增加最快，C1、C2、C3分别较CK提高12.70%、43.57%、31.03%，且与CK存在显著差异。可见，CO2加富能够促进番茄植株生长。

2.1.3 CO2加富对番茄幼苗叶面积的影响 叶面积的大小与作物光合生产势、光合生产率及产量高低都有一定的关系。如图3所示，随着处理时间的延长，各处理幼苗叶面积均呈上升趋势。处理24 d，叶面积增长最快，C1、C2、C3与CK相比分别提高1.22、1.81、1.57倍。CO2加富对番茄幼苗叶面积的作用效果与株高和茎粗相同，不同处理间总体表现为C2>C3>C1>CK。

2.2 CO2加富对番茄幼苗光合特性的影响

2.2.1 CO2加富对番茄幼苗叶片SPAD值的影响 CO2加富对番茄幼苗叶片SPAD值的影响如表2所示，不同处理间影响程度存在差异。C1处理6、12、18 d后与CK差异不显著，24 d后与CK差异极显著；C2处理6、12、18、24 d后与CK存在显著差异，分别增加25.62%、16.97%、13.34%、24.42%；C3处理6、12、24 d后与CK存在极显著差异，且分别增加20.94%、17.06%、21.80%。可见，增施CO2可显著提高番茄叶片SPAD值，C2和C3处理效果较佳。

2.2.2 CO2加富对番茄幼苗光合特性的影响 CO2是植物进行光合作用的物质基础之一，其浓度改变将影响作物净光合速率。如表3所示，随着CO2浓度的增加，植株净光合速率明显提高，C2最高、C3、C1次之，CK最低，各处理(C2、C3、C1)较CK分别提高24.11%、18.90%和5.48%，且C2和C3均与C1、CK存在极显著差异；C3胞间CO2浓度最高，各处理间存在极显著差异；C3气孔导度(Gs)最低，CK最高，各处理间存在极显著差异，CO2浓度升高时，叶片通过减小气孔导度来降低蒸腾作用[8]。CO2浓度增高，会引起气孔的不均匀关闭或开度减小，使气孔阻力加大，气孔导度降低。C1、C2、C3气孔导度较CK分别降低23.81%、30.95%和52.38%。

表2 CO2加富对叶片叶绿素SPAD值的影响

表3 CO2加富对叶片光合特性的影响

3 讨论与结论

于承艳等研究表明，高浓度CO2条件下，番茄植株的株高、茎周长明显增加[9]。李宁等研究得出，较高浓度CO2可以增加番茄的株高、茎粗[20]。本试验表明，CO2加富均能增加番茄幼苗的株高、茎粗、叶面积，C1、C2、C3株高、茎粗、叶面积均与CK存在显著差异，尤以C2和C3生长势最强。

高浓度CO2显著提高叶片SPAD值，提高净光合速率[21]。李清明等研究表明，在干旱胁迫条件下，CO2浓度倍增可显著降低黄瓜幼苗蒸腾速率(Tr)和Gs、显著提高Pn[22]。有研究表明，长期CO2加富和高温条件下，植物净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量均显著提高[23]。本试验结果进一步表明，随着CO2浓度的增加，番茄幼苗净光合速率亦明显提高，均为C2最高，C3、C1次之，CK最低。CO2浓度增加常伴随着气孔的关闭和气孔导度降低，胞间CO2浓度以C3最高，气孔导度以C3最低，CK最高。

增施CO2显著提高了番茄幼苗净光合速率和胞间CO2浓度，降低了叶片气孔导度，促进了幼苗的株高、茎粗、叶面积、叶片SPAD值的增长。以浓度为(800±50)μL/L的效果最好，更适合作为我国北方高寒地区蕃茄设施栽培。