全 文 ：热带亚热带植物学报 2004，12(6)：5 1 1-5 14
Journal of Tropical and Subtropical Botany
CO2浓度升高对凤梨叶片生长和光合特性的影响
王精明 一，李永华2，黄胜琴2，叶庆生
(1．惠州学院生物系，广东惠州516015；2．华南师范大学生命科学学院，广东广州510631)
摘要：研究了CO 浓度升高对开顶式气室中风梨叶片的生长与光合生理的影响。结果表明：高COz浓度(1 000+
100 umol mol )下生长的风梨植株的株高、叶面积、鲜重和干重均高于对照(360+30 lamol mol- )放 理 90 d时分别为对
照的120．19％、l19．22％、177．91％和 l61．04％；风梨叶片的净光合速率也增加了136％一259％，且促进了叶片中可溶性糖
和淀粉的积累，但叶绿素含量则下降了33．91％。高COz浓度处理的风梨叶片中RuBP羧化酶活性没有明显变化，乙醇
酸氧化酶活性则明显下降。
关键词：风梨；CO 浓度升高；生长；净光合速率
中图分类号：Q945．11 文献标识码：A 文章编号：1005—3395(2004)06—05l1一O4
Efects of Elevated CO2 Concentration on the Growth and
Ph0t0synthetic Characteristics in Guzmania ‘Danis’
WANG Jing—ming ，2 LI Yong—hua ，HUANG Sheng—qin ，YE Qing—sheng ’
(1．Department of Biology,Huizhou College，Huizhou 516015，China；2．Colege of Life Sciences，
South China Normal University，Guangzhou 510631，China)
Abstract：Studies on the growth and photosynthetic characteristics in Guzmo~ia ‘Danis’ were conducted in
plastic greenhouse with top covered by shading net under elevated C02(1 000+1 00 u mol mol。)and ambient CO2
(360+30 u mol mol。)conditions．The results showed that the plant height，leaf area，fresh and dry weights
of plants un der elevated CO2 were 1 20．1 9％，ll 9．22％，l 77．9 l％ and 1 6 1．04％ of those un der am bient CO2，respec—
tively，as determined after 90 days of experiment．Under elevated CO2 condition，the net photosynthetic rate
increased to l36％一259％ and chlorophyll content decreased to 33．9l％ in comparison with those under am bient
CO2 during the experiments．Elevated CO2 stimulated the accumulation of soluble sugar and starch，but declined
the activity of glycolate oxidase in leaves，however，the activty of RuBPCase increased only slightly．
Key words：Guzmania ‘Danis’；Elevated CO2；Growth；Net photosynthetic rate
由于人类活动的影响，大气 COz浓度 以每年1—
2 u mol mol。的速度增加，已经从工业革命前 的
280 u mol mol 迅速增加到今天的大约365 u mol mol～，
估计到 2l世纪末将达到 700 u mol mol。[1】。目前CO2
浓度升高已成为世界范围内的重要环境问题 ，COz
浓度升高将引起温室效应，势必给全球生态环境和
气候变迁带来深刻的变化[2J。CO 浓度升高将对植物
光合作用及其有关的生理生化过程产生直接或间
接的影响。植物对 COz浓度升高的响应引起了越来
越多学者的关注 ，涉及到植物 的形态结构、光合作
用、物质合成、基因表达 、抗逆性、根际微生物和产
量等方面的研究 。研究表明，COz浓度升高能够
提高植物的光合速率，减少蒸腾作用，抑制植物的
呼吸作用，显著提高植物的水分利用效率，增强植物
抗逆性，并能明显促进植物的生长，增加生物且【
COz施肥作为一种重要的农业生产技术，在温室农
收稿日期：2003-12-12 接受日期：2004-03-12
基金项目：广东省自然科学基金团队项目(003062)；广东省 自然科学基金重点项 目(04105806)；广东省 自然科学基金项 目(O11461)资助
通讯作者 Corresponding author
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512 热带 亚 热 带植 物 学 报 第 12卷
业生产中已有较多应用 ，但对高 COz浓度条件下
阴生花卉的生长状况及生理生化过程还需要进一
步探讨。本研究在开顶式气调室中，研究高 COz浓
度对阴生花卉凤梨(Guzmania ‘Danis’)叶片生物
量、光合速率及其相关生理生化特性的影响，以期
为凤梨的温室栽培生产提供参考。
1材料和方法
材料 凤梨(Guzmania ‘Danis’，品种为丹
尼斯)购自广州农业科技开发研究基地，CO 购自广
州气体厂，纯度 99．5％。
方法 试验于 2003年 3月 28日至 2003年
6月28日在华南师范大学国兰研究中心进行，凤梨
盆栽(高 25 cm，直径 15 cm)置于 2个相同的开顶式
塑料薄膜温室(长 5 m，宽 3．5 m，脊高4．5 m)中，温
室上方覆盖遮阳网(遮阳率 50％)。供气装置为 COz
钒瓶，COz气体通过 COz减压流量计 由均匀分布在
凤梨叶幕上方的4根透明塑料软管进行释放，软管
上扎有小孔；每天用光合气体分析系统(LI一6400，
LI—COR，Lincoln，NE，USA)人工定时监测温室内凤
梨生长上方的 CO 浓度，由流量计控制并及时补充
C02气体，使棚内CO：浓度变幅不超过 10％。试验
选取长势基本一致的盆栽凤梨植株，设大气(ambient
Co2，AC，360_+30 u mol mo1-1)和高浓度 C02(elevated
CO2，EC，1 000~100 1．t mol mol。)2个处理。试验过
程中 COz气体施用时问为每天 8：00-17：00，正常肥
水管理。每隔 30 d取第 14片叶进行生理生化指标
测定，同时测定株高、叶面积、鲜重和干重。
光合速率测定 利用美国 LI—COR公司生产
的LI一6400便携式光合气体分析系统于上午 9：00-
1 1：00测定净光合速率(Pn)，光合有效辐射(PAR)约
为 500 la mol m s～，叶片温度控制在 24-30％3之间。
生理生化指标测定 叶绿素、可溶性糖含量
的测定参考文献[18】的方法；淀粉含量测定参照徐
昌杰等 的方法；RuBP羧化酶和乙醇酸氧化酶活性
测定参照叶庆生等 Ol的方法。
2结果和分析
2．1对生长状况的影响
不同光合途径的植物生物量随 COz浓度的升
高有所提高。由表 1可知，整个试验期问，高 CO 浓
度下凤梨各项生长指标均有不同程度的提高。以处
理 90 d时最为明显，其株高、单叶面积、全株鲜重和
干重分别为对照的 120．19％、119．22％、177．91％和
161．04％
2．2对叶片光合速率的影响
COz是植物光合作用的基本原料，光合速率是
对 CO：浓度变化最敏感的指标之一。图 1表明，高
口 AC
● EC
8 5_
3 3
1
0 [|1 r-lL—J●_
0 30 60 90
时闻 飘目 《d)
图 1高浓度 C02对凤梨光合速率的影响
Fig．1 Efect of elevated CO2 concentration on net photosynthetic
rate(Pn)in Gnzman／a‘Danis’leaves
表 l 高浓度C0：对风梨生长的影响
Table l Efect ofelevated CO2 concentration on the growth ofGuzman／a‘Danis’
表中数据为3次重复的平均值，下表同。Values are the means ofthree repeated experiments．AC=360+30 u mol mol一：
EC=1 000_100 “mol mol。 ：The same for the following tables．
0 ll ，_ — j；～ _一{ _
9 8 7
C
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第 6期 王精明等：CO 浓度升高对凤梨叶片生长和光合特性的影响 5l3
CO 浓度处理明显提高凤梨的净光合速率，增加幅
度在 136％一259％之间，高 CO2浓度处理 30 d，凤梨
幼苗的净光合速率为 5．68 mol CO2 ITI。S～，而大
气 CO2浓度下仅为 I．58 umol CO2ITI S～。光合速
率的提高有利于植物的生长和干物质的积累，这与
表 I的结果是一致的。
2．3对叶片可溶性糖、淀粉和叶绿素含量的影响
高 CO 浓度下植物光合作用增强，使得叶片中
许多非结构性碳水化合物如淀粉、多糖含量明显提
高 ， 。我们的研究结果(表 2)也表明，高 CO2浓度处
理促进了凤梨叶片中可溶性糖和淀粉的积累，处理
30 d的凤梨叶片中可溶性糖与淀粉含量分别比对
照高 62．6％、51．5％。但在高 COz浓度下，凤梨叶片
中的叶绿素含量随处理时间的延长呈现下降趋势，
且均小于对照，处理 90 d其叶绿素含量下 降了
33．91％
表 2高浓度 CO 对凤梨叶片可溶性糖、淀粉和叶绿素含■的影响
Table 2 Efects ofelevated CO2 concentration on the content ofsoluble sugar
starch and chlorophyll in Guzmania Danis’leaves
2．4对叶片RuBP羧化酶和乙醇酸氧化酶活性的影响
RuBP羧化酶是光合作用碳同化的关键酶，乙
醇酸氧化酶则是光呼吸过程中乙醇酸代谢的关键
酶，两者对植物的净光合速率均有较大影响。表 3
表明，高 COz浓度处理下，凤梨叶片 RuBP羧化酶
活性比对照有所提高，但增加幅度较小，而乙醇酸
氧化酶的活性则有较大幅度下降，处理 90 d约为对
照的5O％左右，可能其光呼吸过程在一定程度上受
到抑制，这可能是凤梨叶片具有较高光合速率的主
要原因之一。
3讨论
有研究表明，高 COz浓度对植物的形态、蛋白
质合成、光合、生长及生物量等都有不同程度的影
响，短期高 COz处理使光合能力增强，而长期处理
则使光合能力下调 l¨ ]。在我们的试验中，高 CO2浓
度下随着处理时间的延长凤梨叶片的光合速率持
续增加并且始终高于对照(图 1)，并没有观察到一
些试验中所出现的光合下调现象，这可能是因为我
们的处理时间较短，尽管叶片内淀粉及可溶性糖的
含量有所增加(表2)，但还没有达到能够对光合作
用进行反馈抑制的程度[123，当然这种现象也可能与
表3 高浓度C 对凤梨叶片RuBP羧化酶和乙醇酸氧化酶活性的影响
Table 3 Efects ofelevated Co2 concentration on activities ofRuBPCase
and glycolate oxidase in leaves ofGuzmania Danis’
试验材料、肥料中N的供应、叶龄有关 ，还有待
于进～步研 究。由于大气 中 CO 浓度 约为
360 mol mol～，要低于 C3植物的 CO2饱和点，因
此大气 C02浓度就成为植物光合作用的一个限制
因子。高 CO：浓度下，光合作用原料供应充足，
RuBP羧化酶羧化效率提高，同时随着植株叶片逐
渐进入旺盛生长时期，因此尽管高 CO 浓度环境下
生长的凤梨叶片单位鲜重中叶绿素含量下降，仍能
保持较高的光合速率(图 1) Ⅷ。高 CO 浓度促进植
物的光合作用，使植物叶片内淀粉、多糖明显增加，
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514 热 带亚 热 带 植 物 学报 第 12卷
这些碳水化合物可能随着植物体内物质运输而转
移到根、茎、叶等部位，使植物生物量提高n¨ ]，在我
们的试验中，高COz浓度处理90d的凤梨整个植株
干物质量比对照增加 61．04％，株高与单叶面积分别
增 加 了 20．19％和 19．22％(表 1)，这 与高 CO 浓
度促进营养 生长 的结果是一致 的。综上所述 ：
1 000 u mol mol 浓度的CO2处理提高了凤梨叶片
的净光合速率，促进叶片中可溶性糖和淀粉的积
累，从而增加了凤梨叶片的叶面积、生物量与干物
质积累。因此，短期高浓度 COz(农业生产中也称
CO2施肥)处理对凤梨等花卉生物量的提高是比较
有效的，在花卉产业中可以进一步应用。
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