白天短期不同温、光、CO2对甜瓜幼苗叶片光合作用的影响

中国蔬菜 2010（14） 26-30 CHINA VEGETABLES 白天短期不同温、光、 CO2对甜瓜幼苗叶片光合作用的影响 须 晖 张 瑶*王 蕊 李天来 刘 冰（沈阳农业大学园艺学院，辽宁省设施园艺重点实验室，辽宁沈阳 110866） 摘 要 通过光照培养箱准确控制光温环境，对不同温度、光照强度和 CO 2 浓度环境因子组合条件下的甜瓜苗期叶片净光合速率的连续测定，并通过单因素相关性分析温度、光 照强度和 CO 2 浓度对叶片光合作用的综合作用。结果表明在光照强度 600 μmols-1m-2一定的条件下，温度在 12～30 ℃范围内，叶片净光合速率与温度呈正相关，且在 30 ℃时达到最大值；温度在 30～36 ℃范围内，净光合速率与温度呈负相关；固定 CO 2 浓度为 1 000 μLL-1，光照强度在 70～ 600 μmols-1m-2之间，净光合速率与光照强度呈正相关；在温度一定的条件下，CO 2 浓度在 400～1 600 μLL-1范围内，净光合速率与 CO 2 浓度具有很好的正相关性。 关键词 甜瓜；温度；光照强度；CO 2 浓度；净光合速率 中图分类号 S652 文献标识码 A 文章编号 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） AbstractTo 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 μmols-1m-2, the temperature in the range of 12～30 ℃, leaf net photosynthe tic rate was positively correlated with temperature, and reached maximum at 30 ℃; while in the temperature range of 30～36℃, the net photosynthetic rate turned into negative correlation; in a fixed CO2 concentration of 1 000 μLL-1, light intensity in the range of 70～600 μmols-1m-2, leaf net photosynthetic rate was positively correlated with light intensity; under certain conditions of temperature, CO2 concentration in the 400～1 600 μLL-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 基金项目 沈阳市科技局科技攻关计划项目（ 1081198-3-01） 作者简介 须晖，教授，专业方向设施园艺与环境，E-mailhanfen ∗ 通讯作者（Corresponding author） 张瑶，硕士研究生，专业方向设施园艺与环境，E-mailzy 2010（14） 须 晖等白天短期不同温、光、CO 2对甜瓜幼苗叶片光合作用的影响 27 Key wordsMelon; 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种挤身世界十大水果行列的一年生草本作物（张明方和朱国荣，2001） 。2005 年， 我国甜瓜种植面积约占世界总面积的40 以上，总产量占世界总产量的 50 以上，居世界第一位（刘君璞 等， 2006） 。2008 年全国甜瓜总面积 36.171 万 hm2，总产量 1 193.4 万 t （农业部， 2010） 。伴随着日光温室、塑料大棚、小拱棚双覆盖等形式的保护地设施栽培技术和栽培模式的发展，甜瓜生产也逐步从粗放的露地栽培向集约高效的保护地设施栽培发展。 利用计算机控制温室环境因素是 20 世纪 80 年代发展起来的温室多因素综合控制方法（高志奎 等，2005 ）。它将各种作物在不同生长发育阶段需要的适宜环境条件按要求输入计算机程序，当某一环境因素发生改变时，其余因素自动做出相应修改或调整。一般以光照强度为始变因素，温度、湿度和二氧化碳浓度为随变因素，使这 4 个主要环境因素随时处于最佳配合。智能温室的应用目前主要还是对小气候环境因子进行智能控制。 目前国内外对甜瓜生长发育的研究很多，涉及到各个方面，如矿质营养、基质、营养液、植物生长调节剂、辐射、环境因子（多为逆境环境）等。但有关探讨甜瓜叶片光合作用最适宜环境的研究，特别是温度、光照强度和 CO 2浓度对甜瓜生长发育及光合作用的研究还没有详尽的报道，因此研究各环境因子组合条件下，甜瓜光合速率变化规律及其与环境因子的相关性，愈加显得重要和迫切（舒英杰，2003） 。这对于丰富植物光合作用的生理生态研究、加强甜瓜光温特性的认识、促进我国甜瓜生产技术的精准化，以及甜瓜的工厂化栽培提供理论依据和数据支持均具有重要意义。 本试验以甜瓜幼苗叶片为研究对象，以光照强度、温度和 CO 2浓度为驱动变量，通过光照培养箱准确控制光温环境，对其生长发育和光合特性进行实际观测，从而探索甜瓜生长的最佳环境组合，为建立相关的现代化智能温室提供理论基础。 1 材料与方法 1.1 材料 供试材料为厚皮甜瓜幼苗，品种为京玉 4 号。 1.2 方法 于 2008 年 10 月在沈阳农业大学园艺学院蔬菜基地 7 号日光温室内育苗，采用穴盘育苗，待幼苗长到两叶一心时移栽至 21 cm21 cm 的塑料盆中，常规管理。植株 4～5 片叶时在光照培养箱内进行苗期测定。 1.3 测定项目 将适龄苗放于 MLR-350 型光照培养箱（三洋公司生产）内进行光温环境控制，白天处理时培养箱内的相对湿度控制在 70 ，光照强度和温度均按处理要求用培养箱调至接近处理的水平，共 8 个不同温度处理，分别为 12、15、18、22、26、30、34、36 ℃；光照强度处理为70、200、400、600、800、1 000、1 200 μmols-1m-2；CO 2 浓度处理为 400、800、1 000、1 200、1 400、1 600 μLL-1。每个处理 30 min。使用美国 LI-COR 公司 LI- 6400 便携式光合仪测定净光合速率，测定时用光合仪上的人工光源和叶室控温系统进行精确控制，CO 2 由光合仪 CO 2 钢瓶提供，并自动控制叶室 CO 2浓度。每隔 3 min 由计算机监控自动测定记录叶片的净光合速率，每处理 3 次重复，取平均值进行相关性分析。 1.4 数据分析 采用 Excel 软件进行数据整理、分析。 28 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 2010 年 7 月（下） 图 2 CO2浓度 1 000 μ L L-1下不同光照强度下 甜瓜 Pn随温度的变化曲线 图 1 光照强度 600 μ mol s-1 m-2下甜瓜 Pn随温度和 CO2浓度变化曲线 2 结果与分析 2.1 温度对净光合速率的影响 从图１可以看出， 在温度从 12 ℃到 36 ℃变化的过程中，甜瓜叶片净光合速率（Pn）随着CO 2 浓度的增加而增加。特别是在 12～30 ℃范围内，Pn 与温度呈正相关；在 30 ℃时，Pn 达到最大值。当温度高于 30 ℃后，Pn 呈急剧降低趋势，甚至低于 12 ℃，这种现象可能是由于高温胁迫造成的，研究表明高温会损伤叶绿体、线粒体的结构，使光合色素降解，抑制光合作用， 促进呼吸作用 （温晓刚 等， 1996；叶陈亮 等， 1996； 吴韩英 等， 2001；Fournier et al.，2003） 。 随机选择 CO 2浓度 1 000 μLL-1为环境定量，把温度划分为 4 个阶段分析，每个温度阶段都设有不同的光照强度。通过单因素相关分析，分析在不同的光照强度下，甜瓜净光合速率与温度的相关状况。 由表 1 可以看出，在所有的光照强度处理下，12～15、15～22、22～30 ℃这 3 个温度区域与甜瓜的 Pn 均呈正相关， 而 30～36 ℃范围内与其 Pn 则呈负相关。说明各个光照强度处理的甜瓜幼苗随着温度的变化，其净光合速率变化是一致的。温度在 12～30 ℃之间，Pn随温度的升高而增大，而在 30～36 ℃这个区域，Pn 随温度的升高反而减小。整个温度处理的 Pn 最大值出现在两个温度区间的临界值 30 ℃。说明 30 ℃是这个生长环境中甜瓜幼苗生长的最佳温度。 2.2 光照强度对净光合速率的影响 由图２可以看出， 各个光照强度处理下 Pn随温度的变化有一定的规律性。包括 70 μmols-1m-2（只有 12℃有这个光照强度处理）这点，从 70 到 600 μmols-1m-2区间，所对应的 Pn 都是逐步增大的，可以明显看出光照强度为 600 μmols-1m-2在各个温度处理下所对应的 Pn 都是最大的。 600 μmols-1m-2以上的光照强度处理甜瓜叶片时，Pn 降低。 表2是在CO 2浓度为 1 000 μLL-1的条件下，把光照强度分为 4 个区域来分析甜瓜 Pn 与光照强度的关系。由此可以看出在 70～ 200 μmols-1m-2和 200～600 μmols-1m-2两个光照表 1 不同光照强度下 Pn与温度的单因素相关分析光照强度 温度/℃ μmols-1m-212～15 15～22 22～30 30～36 200 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 μ mols-1m-2只为 12 ℃处理所有，无法比较。表示未设置相关的光照强度处理。 2010（14） 须 晖等白天短期不同温、光、CO 2对甜瓜幼苗叶片光合作用的影响 29 图 3 22 ℃下甜瓜各 CO2浓度处理下甜瓜 Pn随光照强度的变化曲线 强 度区域与其对应的 Pn 呈正相关。 600～1 000 μmols-1m-1、1 000～1 200 μmols-1m-2的光照强度变化区域对应的 Pn 则为负相关。表明在 70～600 μmols-1m-2的光照强度范围内，Pn 随之增大而增大，在 600～1 200 μmols-1m-2区域内，Pn 随之增大而减小。光照强度为 600 μmols-1m-2时甜瓜的净光合速率达到最大值。 2.3 CO2浓度对净光合速率的影响 CO2 浓度对植物生理生化的影响，尤其是对植物光合作用的影响很大。 由图 3 可以看出，22 ℃条件下，不同 CO 2浓度处理的曲线与对应的 Pn 有其规律性。400 μLL-1CO2处理对应的 Pn 值最小。随着 CO 2浓度的增大其对应 Pn 也依次增大。由此得出在该温度下， 甜瓜的 Pn 随 CO 2 浓度的增大而升高。用同样的方法，验证得出在 12～36 ℃范围内，CO 2浓度与甜瓜 Pn 的变化关系一致。 同样随机选择光照强度 800 μmols-1m-2为环境定量，分析不同温度条件下 Pn 与 CO 2浓度的单因素相关情况。 由表 3 看出在光照强度一定的情况下，把CO2 浓度分为 3 个区域来分析与甜瓜 Pn 的相关关系。在 400～800 μLL-1、800～1 200 μLL-1和 1 200～1 600 μLL-13个CO 2 浓度范围内与对应的 Pn 都具有良好的正相关性。说明在这组环境条件组合下，排除其他环境因子的影响，CO 2 浓度的增大对提高作物的光合作用具有非常重要的作用。 3 结论与讨论 光照、温度和 CO 2 浓度是影响甜瓜生长发育的重要环境因子，而鉴于实际生产中温室内很难提供精确的环境组合以对各单个环境因子进行调控，本试验通过光照培养箱准确控制光温环境，以光照、温度和 CO 2浓度为驱动变量，通过测定在不同温度、光照强度和 CO 2浓度的组合条件下的甜瓜苗期叶片净光合速率相应的变化情况，分析在各不同环境因子组合条件下甜瓜幼苗叶片的净光合速率的变化规律，通过单因素相关性分析温度、光照强度和 CO 2 浓度在各环境组合下对叶片净光合速率的作用。结果表明在光照强度 600 μmols-1m-2的条件下，温度范围在 12～30 ℃，叶片净光合速率与温度呈正相关，且在 30 ℃时，达到最大值；而在温度为 30～36 ℃范围内，净光合速率与其呈负相关；在 CO 2 浓度为 1 000μLL-1时，光照强度在 70～600 表 2 不同温度下 Pn与光照强度的单因素相关分析光照强度/μmols-1m-2温度/℃ 70～200 200～600 600～1 000 1 000～1 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 注表示该温度没有对应的光照强度处理。 表 3 不同温度下 Pn与 CO2浓度的单因素相关分析CO2浓度/μLL-1温度/℃ 400～800 800～1 200 1 200～1 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 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 2010 年 7 月（下） μmols-1m-2范围内，净光合速率与光照强度呈正相关；光照强度在 600～1 200 μmols-1m-2范围内，二者呈负相关；在光照强度为 800 μmols-1m-2条件下，CO 2 浓度在 400～1 600 μLL-1范围内，净光合速率与 CO 2浓度具有很好的正相关性。 综上所述，在本试验条件下单因素控制变量可以得出温度 30 ℃左右、光照强度达到600 μmols-1m-2、施用 CO 2 浓度为 1 600 μLL-1的综合环境中，甜瓜幼苗生长的净光合速率达到最大值。上述即为甜瓜幼苗生长的最佳环境因子组合。光照强度超过 600 μmols-1m-2或温度高于 30 ℃时，甜瓜幼苗的净光合速率开始降低，不利于甜瓜幼苗的生长发育。 参考文献 高志奎，高荣孚，何俊萍． 2005．环境因子对温室茄子光合非稳定性的影响．园艺学报，32（4） 624-627. 刘君璞，许勇，孙小武，马跃． 2006．我国西瓜甜瓜产业“十一五”的展望及建议．中国瓜菜，（1）1-3. 农业部． 2010．2008 年全国各地蔬菜、西瓜、甜瓜、草莓、马铃薯播种面积和产量．中国蔬菜，（1）55. 舒英杰． 2003．茄子光合生理特性研究〔硕士论文〕．兰州甘肃农业大学. 温晓刚，林世青，匡廷云． 1996．高温胁迫对光合系统Ⅱ异质性的影响．生物物理学报，12（4）14- 718． 吴韩英，寿森炎，朱祝军，杨信廷． 2001．高温胁迫对甜椒光合作用和叶绿素荧光的影响．园艺学报，28（6） 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