白天短期不同溫、光、CO2對甜瓜幼苗葉片光合作用的影響

中國蔬菜 2010（14） ：26-30 CHINA VEGETABLES 白天短期不同溫、光、 CO2對甜瓜幼苗葉片光合作用的影響 須 暉 張 瑤*王 蕊 李天來 劉 冰（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，遼寧省設(shè)施園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽 110866） 摘 要： 通過光照培養(yǎng)箱準(zhǔn)確控制光溫環(huán)境，對不同溫度、光照強(qiáng)度和 CO 2 濃度環(huán)境因子組合條件下的甜瓜苗期葉片凈光合速率的連續(xù)測定，并通過單因素相關(guān)性分析溫度、光 照強(qiáng)度和 CO 2 濃度對葉片光合作用的綜合作用。結(jié)果表明：在光照強(qiáng)度 600 mols-1m-2一定的條件下，溫度在 1230 范圍內(nèi)，葉片凈光合速率與溫度呈正相關(guān)，且在 30 時(shí)達(dá)到最大值；溫度在 3036 范圍內(nèi)，凈光合速率與溫度呈負(fù)相關(guān)；固定 CO 2 濃度為 1 000 LL-1，光照強(qiáng)度在 70 600 mols-1m-2之間，凈光合速率與光照強(qiáng)度呈正相關(guān)；在溫度一定的條件下，CO 2 濃度在 4001 600 LL-1范圍內(nèi)，凈光合速率與 CO 2 濃度具有很好的正相關(guān)性。 關(guān)鍵詞： 甜瓜；溫度；光照強(qiáng)度；CO 2 濃度；凈光合速率 中圖分類號： S652 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1000-6346（2010）14-0026-05 Effects of Different Environmental Factors（ Temperature, Light Intensity and Carbon Dioxide Concentration ） Combination on Melon Leaf Photosynthesis at Seedling Stage XU Hui, ZHANG Yao*, WANG Rui, LI Tian-lai, LIU Bing （ Horticulture College of Shengyang Agricultural University, Key Lab on Greenhouse in Liaoning Province, Shenyang 110866, Liaoning, China） Abstract：To get the most suitable environmental conditions for melon（ Cucumis melo L.）photosynthesis at seedling stage, net photosynthetic rate（Pn）wa s measured under different environmental factor（temperatures, light intensity and CO 2 concentration）combination. Variations of net photosynthetic rate under different environmental factors were analyzed by fixing one environment variable. Effects of temperature, light intensity and CO2 concentration on leaf photosynthesis were discussed by single-factor correlation calculations. The results show that: when the light intensity was fixed at 600 mols-1m-2, the temperature in the range of 1230 , leaf net photosynthe tic rate was positively correlated with temperature, and reached maximum at 30 ; while in the temperature range of 3036, the net photosynthetic rate turned into negative correlation; in a fixed CO2 concentration of 1 000 LL-1, light intensity in the range of 70600 mols-1m-2, leaf net photosynthetic rate was positively correlated with light intensity; under certain conditions of temperature, CO2 concentration in the 4001 600 LL-1range, the net photosynthetic rate and CO2 concentration has a very good positive correlation. 收稿日期： 2010-01-19； 接受日期： 2010-02-28 基金項(xiàng)目： 沈陽市科技局科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（ 1081198-3-01） 作者簡介： 須暉，教授，專業(yè)方向：設(shè)施園藝與環(huán)境，E-mail：hanfen gwei1983163.com 通訊作者（Corresponding author） ：張瑤，碩士研究生，專業(yè)方向：設(shè)施園藝與環(huán)境，E-mail：zy 19841114yahoo.cn 2010（14） 須 暉等：白天短期不同溫、光、CO 2對甜瓜幼苗葉片光合作用的影響 27 Key words：Melon; Temperature; Light intensity; Carbon dioxide concentrat ion; Net photosynthesis rate 甜瓜（ Cucumis melo L.）是世界性水果，除草莓和西瓜以外的唯一一種擠身世界十大水果行列的一年生草本作物（張明方和朱國榮，2001） 。2005 年， 我國甜瓜種植面積約占世界總面積的40 %以上，總產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 50 %以上，居世界第一位（劉君璞 等， 2006） 。2008 年全國甜瓜總面積 36.171 萬 hm2，總產(chǎn)量 1 193.4 萬 t （農(nóng)業(yè)部， 2010） 。伴隨著日光溫室、塑料大棚、小拱棚雙覆蓋等形式的保護(hù)地設(shè)施栽培技術(shù)和栽培模式的發(fā)展，甜瓜生產(chǎn)也逐步從粗放的露地栽培向集約高效的保護(hù)地設(shè)施栽培發(fā)展。 利用計(jì)算機(jī)控制溫室環(huán)境因素是 20 世紀(jì) 80 年代發(fā)展起來的溫室多因素綜合控制方法（高志奎 等，2005 ）。它將各種作物在不同生長發(fā)育階段需要的適宜環(huán)境條件按要求輸入計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)某一環(huán)境因素發(fā)生改變時(shí)，其余因素自動做出相應(yīng)修改或調(diào)整。一般以光照強(qiáng)度為始變因素，溫度、濕度和二氧化碳濃度為隨變因素，使這 4 個(gè)主要環(huán)境因素隨時(shí)處于最佳配合。智能溫室的應(yīng)用目前主要還是對小氣候環(huán)境因子進(jìn)行智能控制。 目前國內(nèi)外對甜瓜生長發(fā)育的研究很多，涉及到各個(gè)方面，如礦質(zhì)營養(yǎng)、基質(zhì)、營養(yǎng)液、植物生長調(diào)節(jié)劑、輻射、環(huán)境因子（多為逆境環(huán)境）等。但有關(guān)探討甜瓜葉片光合作用最適宜環(huán)境的研究，特別是溫度、光照強(qiáng)度和 CO 2濃度對甜瓜生長發(fā)育及光合作用的研究還沒有詳盡的報(bào)道，因此研究各環(huán)境因子組合條件下，甜瓜光合速率變化規(guī)律及其與環(huán)境因子的相關(guān)性，愈加顯得重要和迫切（舒英杰，2003） 。這對于豐富植物光合作用的生理生態(tài)研究、加強(qiáng)甜瓜光溫特性的認(rèn)識、促進(jìn)我國甜瓜生產(chǎn)技術(shù)的精準(zhǔn)化，以及甜瓜的工廠化栽培提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持均具有重要意義。 本試驗(yàn)以甜瓜幼苗葉片為研究對象，以光照強(qiáng)度、溫度和 CO 2濃度為驅(qū)動變量，通過光照培養(yǎng)箱準(zhǔn)確控制光溫環(huán)境，對其生長發(fā)育和光合特性進(jìn)行實(shí)際觀測，從而探索甜瓜生長的最佳環(huán)境組合，為建立相關(guān)的現(xiàn)代化智能溫室提供理論基礎(chǔ)。 1 材料與方法 1.1 材料 供試材料為厚皮甜瓜幼苗，品種為京玉 4 號。 1.2 方法 于 2008 年 10 月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜基地 7 號日光溫室內(nèi)育苗，采用穴盤育苗，待幼苗長到兩葉一心時(shí)移栽至 21 cm21 cm 的塑料盆中，常規(guī)管理。植株 45 片葉時(shí)在光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行苗期測定。 1.3 測定項(xiàng)目 將適齡苗放于 MLR-350 型光照培養(yǎng)箱（三洋公司生產(chǎn)）內(nèi)進(jìn)行光溫環(huán)境控制，白天處理時(shí)培養(yǎng)箱內(nèi)的相對濕度控制在 70 %，光照強(qiáng)度和溫度均按處理要求用培養(yǎng)箱調(diào)至接近處理的水平，共 8 個(gè)不同溫度處理，分別為 12、15、18、22、26、30、34、36 ；光照強(qiáng)度處理為70、200、400、600、800、1 000、1 200 mols-1m-2；CO 2 濃度處理為 400、800、1 000、1 200、1 400、1 600 LL-1。每個(gè)處理 30 min。使用美國 LI-COR 公司 LI- 6400 便攜式光合儀測定凈光合速率，測定時(shí)用光合儀上的人工光源和葉室控溫系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，CO 2 由光合儀 CO 2 鋼瓶提供，并自動控制葉室 CO 2濃度。每隔 3 min 由計(jì)算機(jī)監(jiān)控自動測定記錄葉片的凈光合速率，每處理 3 次重復(fù)，取平均值進(jìn)行相關(guān)性分析。 1.4 數(shù)據(jù)分析 采用 Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析。 28 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 2010 年 7 月（下） 圖 2 CO2濃度 1 000 L L-1下不同光照強(qiáng)度下 甜瓜 Pn隨溫度的變化曲線 圖 1 光照強(qiáng)度 600 mol s-1 m-2下甜瓜 Pn隨溫度和 CO2濃度變化曲線 2 結(jié)果與分析 2.1 溫度對凈光合速率的影響 從圖可以看出， 在溫度從 12 到 36 變化的過程中，甜瓜葉片凈光合速率（Pn）隨著CO 2 濃度的增加而增加。特別是在 1230 范圍內(nèi)，Pn 與溫度呈正相關(guān)；在 30 時(shí)，Pn 達(dá)到最大值。當(dāng)溫度高于 30 后，Pn 呈急劇降低趨勢，甚至低于 12 ，這種現(xiàn)象可能是由于高溫脅迫造成的，研究表明高溫會損傷葉綠體、線粒體的結(jié)構(gòu)，使光合色素降解，抑制光合作用， 促進(jìn)呼吸作用 （溫曉剛 等， 1996；葉陳亮 等， 1996； 吳韓英 等， 2001；Fournier et al.，2003） 。 隨機(jī)選擇 CO 2濃度 1 000 LL-1為環(huán)境定量，把溫度劃分為 4 個(gè)階段分析，每個(gè)溫度階段都設(shè)有不同的光照強(qiáng)度。通過單因素相關(guān)分析，分析在不同的光照強(qiáng)度下，甜瓜凈光合速率與溫度的相關(guān)狀況。 由表 1 可以看出，在所有的光照強(qiáng)度處理下，1215、1522、2230 這 3 個(gè)溫度區(qū)域與甜瓜的 Pn 均呈正相關(guān)， 而 3036 范圍內(nèi)與其 Pn 則呈負(fù)相關(guān)。說明各個(gè)光照強(qiáng)度處理的甜瓜幼苗隨著溫度的變化，其凈光合速率變化是一致的。溫度在 1230 之間，Pn隨溫度的升高而增大，而在 3036 這個(gè)區(qū)域，Pn 隨溫度的升高反而減小。整個(gè)溫度處理的 Pn 最大值出現(xiàn)在兩個(gè)溫度區(qū)間的臨界值 30 。說明 30 是這個(gè)生長環(huán)境中甜瓜幼苗生長的最佳溫度。 2.2 光照強(qiáng)度對凈光合速率的影響 由圖可以看出， 各個(gè)光照強(qiáng)度處理下 Pn隨溫度的變化有一定的規(guī)律性。包括 70 mols-1m-2（只有 12有這個(gè)光照強(qiáng)度處理）這點(diǎn)，從 70 到 600 mols-1m-2區(qū)間，所對應(yīng)的 Pn 都是逐步增大的，可以明顯看出光照強(qiáng)度為 600 mols-1m-2在各個(gè)溫度處理下所對應(yīng)的 Pn 都是最大的。 600 mols-1m-2以上的光照強(qiáng)度處理甜瓜葉片時(shí)，Pn 降低。 表2是在CO 2濃度為 1 000 LL-1的條件下，把光照強(qiáng)度分為 4 個(gè)區(qū)域來分析甜瓜 Pn 與光照強(qiáng)度的關(guān)系。由此可以看出在 70 200 mols-1m-2和 200600 mols-1m-2兩個(gè)光照表 1 不同光照強(qiáng)度下 Pn與溫度的單因素相關(guān)分析光照強(qiáng)度 溫度/ mols-1m-21215 1522 2230 3036 200 1 400 1 0.993 600 1 0.997 0.919 -0.998 800 1 0.998 0.999 -0.978 1000 0.974 0.917 -0.983 1200 0.990 -0.963 注：因 70 mols-1m-2只為 12 處理所有，無法比較。表示未設(shè)置相關(guān)的光照強(qiáng)度處理。 2010（14） 須 暉等：白天短期不同溫、光、CO 2對甜瓜幼苗葉片光合作用的影響 29 圖 3 22 下甜瓜各 CO2濃度處理下甜瓜 Pn隨光照強(qiáng)度的變化曲線 強(qiáng) 度區(qū)域與其對應(yīng)的 Pn 呈正相關(guān)。 6001 000 mols-1m-1、1 0001 200 mols-1m-2的光照強(qiáng)度變化區(qū)域?qū)?yīng)的 Pn 則為負(fù)相關(guān)。表明在 70600 mols-1m-2的光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，Pn 隨之增大而增大，在 6001 200 mols-1m-2區(qū)域內(nèi)，Pn 隨之增大而減小。光照強(qiáng)度為 600 mols-1m-2時(shí)甜瓜的凈光合速率達(dá)到最大值。 2.3 CO2濃度對凈光合速率的影響 CO2 濃度對植物生理生化的影響，尤其是對植物光合作用的影響很大。 由圖 3 可以看出，22 條件下，不同 CO 2濃度處理的曲線與對應(yīng)的 Pn 有其規(guī)律性。400 LL-1CO2處理對應(yīng)的 Pn 值最小。隨著 CO 2濃度的增大其對應(yīng) Pn 也依次增大。由此得出在該溫度下， 甜瓜的 Pn 隨 CO 2 濃度的增大而升高。用同樣的方法，驗(yàn)證得出在 1236 范圍內(nèi)，CO 2濃度與甜瓜 Pn 的變化關(guān)系一致。 同樣隨機(jī)選擇光照強(qiáng)度 800 mols-1m-2為環(huán)境定量，分析不同溫度條件下 Pn 與 CO 2濃度的單因素相關(guān)情況。 由表 3 看出在光照強(qiáng)度一定的情況下，把CO2 濃度分為 3 個(gè)區(qū)域來分析與甜瓜 Pn 的相關(guān)關(guān)系。在 400800 LL-1、8001 200 LL-1和 1 2001 600 LL-13個(gè)CO 2 濃度范圍內(nèi)與對應(yīng)的 Pn 都具有良好的正相關(guān)性。說明在這組環(huán)境條件組合下，排除其他環(huán)境因子的影響，CO 2 濃度的增大對提高作物的光合作用具有非常重要的作用。 3 結(jié)論與討論 光照、溫度和 CO 2 濃度是影響甜瓜生長發(fā)育的重要環(huán)境因子，而鑒于實(shí)際生產(chǎn)中溫室內(nèi)很難提供精確的環(huán)境組合以對各單個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)控，本試驗(yàn)通過光照培養(yǎng)箱準(zhǔn)確控制光溫環(huán)境，以光照、溫度和 CO 2濃度為驅(qū)動變量，通過測定在不同溫度、光照強(qiáng)度和 CO 2濃度的組合條件下的甜瓜苗期葉片凈光合速率相應(yīng)的變化情況，分析在各不同環(huán)境因子組合條件下甜瓜幼苗葉片的凈光合速率的變化規(guī)律，通過單因素相關(guān)性分析溫度、光照強(qiáng)度和 CO 2 濃度在各環(huán)境組合下對葉片凈光合速率的作用。結(jié)果表明：在光照強(qiáng)度 600 mols-1m-2的條件下，溫度范圍在 1230 ，葉片凈光合速率與溫度呈正相關(guān)，且在 30 時(shí)，達(dá)到最大值；而在溫度為 3036 范圍內(nèi)，凈光合速率與其呈負(fù)相關(guān)；在 CO 2 濃度為 1 000LL-1時(shí)，光照強(qiáng)度在 70600 表 2 不同溫度下 Pn與光照強(qiáng)度的單因素相關(guān)分析光照強(qiáng)度/mols-1m-2溫度/ 70200 200600 6001 000 1 0001 20012 1 0.919 -1 15 0.953 -0.932 18 0.947 -0.963 -1 22 0.932 -0.918 -1 26 -0.899 -1 30 -0.926 -1 34 -0.983 -1 36 -0.902 -1 注：表示該溫度沒有對應(yīng)的光照強(qiáng)度處理。 表 3 不同溫度下 Pn與 CO2濃度的單因素相關(guān)分析CO2濃度/LL-1溫度/ 400800 8001 200 1 2001 60012 1 0.984 0.955 15 1 0.903 0.994 18 1 0.976 0.987 22 1 0.880 0.992 26 1 0.928 0.888 30 1 0.924 0.894 34 1 0.985 0.929 36 1 0.997 0.961 30 中 國 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 2010 年 7 月（下） mols-1m-2范圍內(nèi)，凈光合速率與光照強(qiáng)度呈正相關(guān)；光照強(qiáng)度在 6001 200 mols-1m-2范圍內(nèi)，二者呈負(fù)相關(guān)；在光照強(qiáng)度為 800 mols-1m-2條件下，CO 2 濃度在 4001 600 LL-1范圍內(nèi)，凈光合速率與 CO 2濃度具有很好的正相關(guān)性。 綜上所述，在本試驗(yàn)條件下單因素控制變量可以得出：溫度 30 左右、光照強(qiáng)度達(dá)到600 mols-1m-2、施用 CO 2 濃度為 1 600 LL-1的綜合環(huán)境中，甜瓜幼苗生長的凈光合速率達(dá)到最大值。上述即為甜瓜幼苗生長的最佳環(huán)境因子組合。光照強(qiáng)度超過 600 mols-1m-2或溫度高于 30 時(shí)，甜瓜幼苗的凈光合速率開始降低，不利于甜瓜幼苗的生長發(fā)育。 參考文獻(xiàn) 高志奎，高榮孚，何俊萍 2005環(huán)境因子對溫室茄子光合非穩(wěn)定性的影響園藝學(xué)報(bào)，32（4）： 624-627. 劉君璞，許勇，孫小武，馬躍 2006我國西瓜甜瓜產(chǎn)業(yè)“十一五”的展望及建議中國瓜菜，（1）：1-3. 農(nóng)業(yè)部 20102008 年全國各地蔬菜、西瓜、甜瓜、草莓、馬鈴薯播種面積和產(chǎn)量中國蔬菜，（1）：55. 舒英杰 2003茄子光合生理特性研究碩士論文蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué). 溫曉剛，林世青，匡廷云 1996高溫脅迫對光合系統(tǒng)異質(zhì)性的影響生物物理學(xué)報(bào)，12（4）：14- 718 吳韓英，壽森炎，朱祝軍，楊信廷 2001高溫脅迫對甜椒光合作用和葉綠素?zé)晒獾挠绊憟@藝學(xué)報(bào)，28（6）： 517-521 葉陳亮，柯玉琴，陳偉1996 大白菜耐熱性的生理研究葉片水分和蛋白質(zhì)代謝與耐熱性福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，25（4）： 490-493. 張明方，朱國榮 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