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Effects of Long-term Elevated CO2 on Growth and Flowering in Phalaenopsis

长期增施CO2对蝴蝶兰生长与开花的影响



全 文 :园艺学报,2015,42 (8):1599–1605.
Acta Horticulturae Sinica
doi:10.16420/j.issn.0513-353x.2014-1059;http://www. ahs. ac. cn 1599
收稿日期:2015–03–11;修回日期:2015–07–10
基金项目:广东省科技计划项目(2011A020102007)
* 通信作者 Author for correspondence(E-mail:ye-lab@scnu.edu.cn)
长期增施 CO2 对蝴蝶兰生长与开花的影响
许申平 1,2,曾兰婷 2,叶庆生 2,*
(1 郑州师范学院生物工程研究所,郑州 450044;2 华南师范大学生命科学学院,广州 510631)
摘 要:研究了长期(240 d)增施 CO2(800 ± 50)μmol · mol-1和大气 CO2 浓度约 400 μmol · mol-1
(对照)对蝴蝶兰‘内山姑娘’净 CO2 吸收速率、生长和开花的影响。结果表明:蝴蝶兰属 CAM 植物类
型,叶片净 CO2吸收速率在 22:00 左右达到最大值,可滴定酸的积累在 6:00 左右达到顶峰。增施 CO2
显著提高蝴蝶兰夜间的净 CO2 吸收速率,并达到对照的两倍,可滴定酸的积累比对照增加 44%。蝴蝶兰
生物量的积累在增施 CO2条件下也显著增加,植株干样和鲜样质量分别增加 31%和 28%。此外,增施 CO2
使蝴蝶兰的花期提前了 5.4 d,提高了蝴蝶兰的产量和花部品质,其中花朵数比对照增加了 66%。
关键词:蝴蝶兰;增施 CO2;CO2 吸收;生长;开花
中图分类号:S 682.31 文献标志码:A 文章编号:0513-353X(2015)08-1599-07

Effects of Long-term Elevated CO2 on Growth and Flowering in
Phalaenopsis
XU Shen-ping1,2,ZENG Lan-ting2,and YE Qing-sheng2,*
(1Institute of Bioengineering,Zhengzhou Normal University,Zhengzhou 450044,China;2College of Life Science,South
China Normal University,Guangzhou 510631,China)
Abstract:Effects of long-term elevated CO2 on net CO2 uptake,growth and flowering of
Phalaenopsis‘Neishan Guniang’were studied under elevated CO2(800 ± 50)μmol · mol-1 and ambient
CO2 concentration(approximately 400 μmol · mol-1)for 240 d. The results showed that Phalaenopsis was
a CAM orchid with the net CO2 uptake rate and the contents of titratable acidity reached the maximum at
22:00 and 6:00,respectively. Elevated CO2 significantly increased the net CO2 uptake rate in
Phalaenopsis leaves,which was almost arrived two-fold comparison of in the control,and the content of
titratable acidity was increased 44% by CO2 elevated. Elevated CO2 resulted in the increase of the
accumulation of biomass which increased by 31% in dry weight and 28% in fresh weight. In addition,
elevated CO2 not only advanced the flowering time by 5.4 d in Phalaenopsis,but also increased flower
quantity and quality,with the number of flowers increased by 66%.
Key words:Phalaenopsis;CO2 elevated;CO2 uptake;growth;flowering

增施 CO2 作为一种施肥技术,能够促进植物生长而广泛应用于作物设施栽培中(Mortensen,
1987;McGrath & Lobell,2013)。但对于花卉的相关研究远滞后于农作物的研究(张凡凡和滕年军,

Xu Shen-ping,Zeng Lan-ting,Ye Qing-sheng.
Effects of long-term elevated CO2 on growth and flowering in Phalaenopsis.
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2010),对 CAM 植物(景天酸代谢途径植物)的研究远少于对 C3 和 C4 植物的研究(Drennan & Nobel,
2000;Ceusters & Borland,2011)。对于大部分 C3 类型的观赏植物来说,增施 CO2 可促进其光合作
用,从而提高花卉的品质,已在非洲菊(Xu et al.,2014)、向日葵(de la Mata et al.,2012)、玫瑰
(Pan et al.,2006)、朱顶红(Silberbush et al.,2003)和菊花(Carvalho & Heuvelink,2001)的研
究中都得到了印证。然而,增施 CO2 对 CAM 类型的观赏植物的研究较少,对两个品种凤梨(Aechmea
‘Maya’和 Aechmea fasciata‘Primera’)的研究发现,增施 CO2 对 Aechmea‘Maya’的生物量没
有影响,但降低了 Aechmea fasciata‘Primera’的生物量,其中干样和鲜样质量都降低 25%
(Croonenborghs et al.,2009)。因此,增施 CO2 对 CAM 植物的影响因品种不同存在很大差异,需
要进一步深入研究。
蝴蝶兰(Phalaenopsis)为兰科蝴蝶兰属多年生热带附生 CAM 植物(Endo & Ikusima,1989),
其需经过一段时间的营养生长才能接受环境刺激而抽梗开花。蝴蝶兰是否已度过营养期与叶面积呈
高度正相关,叶面积越大,抽梗率越高,开花品质也越佳(吕复兵,2007);同时,蝴蝶兰对环境
条件比较敏感,生产上大都要求设施栽培,相对封闭的室内环境使 CO2 浓度远不能满足蝴蝶兰生长
发育的需求。李华云等(2007)的研究表明,增施 CO2 能显著促进蝴蝶兰的营养生长,但这种促进
作用是否会改变蝴蝶兰的生殖生长还不是很清楚。蝴蝶兰的开花时间和开花品质是影响其商品价值
的重要因素。因此,本试验中拟通过对蝴蝶兰在长期增施 CO2 条件下的光合特性和相关生物学指标
的测定,着重探讨长期增施 CO2 对蝴蝶兰生长与开花的影响,为增施 CO2 在蝴蝶兰工业化生产中的
应用提供理论依据和应用技术。
1 材料与方法
1.1 试验材料及处理
选取蝴蝶兰‘内山姑娘’(Phalaenopsis‘Neishan Guniang’)长势一致,苗龄约为 14 个月的分
生苗,种植于直径为 12 cm 的白色透明塑料花钵内,以水苔为基质。蝴蝶兰分生苗由广州永山园艺
有限公司生产,栽培在华南师范大学国兰研究中心。试验于 2013 年 5—12 月(共计 240 d),在遮
阳率为 50%,相对湿度为 85%的两个相同的玻璃温室(长 6 m,宽 6 m,高 3 m)中进行。其中,
5—8 月为营养生长期,昼夜温度 28 ℃/26 ℃;9—10 月为花芽诱导期,昼夜温度 24 ℃/18 ℃;11—
12 月为生殖生长期,昼夜温度 28 ℃/26 ℃。以花多多 1 号肥提供肥料供给,3 000× 稀释,每株 200
mL,10 d 一次,以 NH4NO3 使每株植株的 N 供应量增加 6 mmol · L-1。由 CO2 控制仪(ZDR-JR,浙
江求实)对温室内的 CO2 浓度进行监测和控制,钢瓶中的压缩 CO2 气体经减压阀后通过 CO2 控制仪
由白色透明的塑料软管扩散到塑料温室中,软管每隔 50 cm 有一直径为 0.2 cm 的小孔。增施 CO2
处理:温室内 CO2 浓度为(800 ± 50)μmol · mol-1,处理时间为每天 18:00—6:00;对照:大气
CO2 浓度约 400 μmol · mol-1。两个处理各 300 株蝴蝶兰分生苗分别设 3 次重复,在两个相同的玻璃
温室内进行。
1.2 气体交换参数与生长指标测定
利用便携式光合作用测定仪(Li-6400,Li-Cor,Lincoln,NE,USA)对蝴蝶兰叶片的净 CO2
吸收速率进行测定。增施 CO2 试验开始前,蝴蝶兰叶片净 CO2 吸收速率的昼夜变化分别选取 3 个晴
朗的天气,每 2 h 测定 1 次,每次 5 株;增施 CO2 试验开始后,蝴蝶兰叶片的净 CO2 吸收速率于
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22:00—24:00 进行,每个处理 5 株。
可滴定酸含量的测定采用指示剂滴定法(Lin & Hsu,2004),于 6:00 时选取蝴蝶兰上部完全
展开功能叶的中部,液氮速冻,备用于测定。
测量叶片长度(L)和叶片 1/2 长度处的宽度(W),根据公式计算叶面积,S = L × W × 0.7(Robbins
& Pharr,1987)。
随机选取植株最上部完全展开的功能叶,置于 80 ℃恒温烘箱 24 h 进行干样质量测量,用于计
算比叶面积(叶面积/干样质量)。同时收获整个单株,洗净晾干进行鲜样质量的测量。随后将植株
放于 80 ℃烘箱内 48 h 用于干样质量的测量,并分别统计地上部分和地下部分的干样质量,用于计
算根冠比(地下部分干样质量/地下部分干样质量)。每个处理 5 个重复。
参照蝴蝶兰新品种 DUS 测试指南(陈和明 等,2014),在花序上有 50%的花朵已开之时进行
开花统计和花部相关指标测定。
2 结果与分析
2.1 蝴蝶兰净 CO2 吸收速率和可滴定酸的昼夜变化
由蝴蝶兰叶片净 CO2 吸收速率的日变化曲线(图 1)可知,蝴蝶兰的净 CO2 吸收速率呈单峰型
曲线,白天较低,在 10:00—12:00 时甚至出现负值;晚间较高,最大值出现在 22:00 时左右,
达到(5.51 ± 0.53)μmol · m-2 · s-1。由于 18:00 时到次日 6:00 时为高峰阶段,故设定其为增施 CO2
处理时间段。
蝴蝶兰叶片的可滴定酸含量日变化也表现为单峰曲线(图 1)在 8:00—18:00 时持续下降,
随后逐渐上升,在 6:00—8:00 时达到最高峰。从 22:00 时到次日 6:00 时,虽然植株净 CO2 吸
收速率下降,但可滴定酸含量呈现持续增加的趋势,表明与植株净 CO2 吸收速率相比,可滴定酸含
量具有累积的效应。总的来说,蝴蝶兰叶片净 CO2 吸收速率和可滴定酸的日变化表现为典型的 CAM
植物特性。


图 1 蝴蝶兰‘内山姑娘’叶片净 CO2 吸收速率和可滴定酸含量的昼夜变化
Fig. 1 Diurnal variation of net CO2 uptake rate and titratable acidity content in leaves of Phalaenopsis‘Neishan Guniang’
Xu Shen-ping,Zeng Lan-ting,Ye Qing-sheng.
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图 2 增施 CO2 对蝴蝶兰‘内山姑娘’叶片净 CO2 吸收速率
和可滴定酸含量的影响
Fig. 2 Effect of elevated CO2 on net CO2 uptake rate and
titrable acidity content in Phalaenopsis
‘Neishan Guniang’
2.2 长期增施 CO2 对蝴蝶兰净 CO2 吸收速率和可滴定酸含量的影响
增施 CO2 对蝴蝶兰叶片的净 CO2 吸收速
率和可滴定酸含量的影响如图 2 所示。在
22:00—24:00 时,大气条件下蝴蝶兰叶片
的 净 CO2 吸 收 速 率 为 ( 4.26 ± 0.17 )
μmol · m-2 · s-1,增施 CO2 条件下的净 CO2 吸收
速率则为(8.58 ± 0.50)μmol · m-2 · s-1,处理组
的净CO2吸收速率显著增加并达到对照组的两
倍。
蝴蝶兰叶片可滴定酸含量对增施CO2的响
应与净 CO2 吸收速率相似,其含量在增施 CO2
条件下显著增加 44%(图 2)。
2.3 长期增施 CO2 对蝴蝶兰生物量的影响
表 1 表明,增施 CO2 对蝴蝶兰的生长及总
生物量的积累有显著的促进作用。增施 CO2 使
蝴蝶兰的干样质量和鲜样质量分别增加 31%和
28%,叶面积和根冠比分别增加 21%和 19%;但是比叶面积降低了 10%。


表 1 增施 CO2 对蝴蝶兰‘内山姑娘’生长的影响
Table 1 Effect of elevated CO2 on growth in Phalaenopsis‘Neishan Guniang’
处理
Treatment
鲜样质量/g
Fresh weight
干样质量/g
Dry weight
根冠比
Root-shoot ratio
叶面积/cm2
Leaf area
比叶面积
SLA
对照 Control 203.74 ± 3.55 b 14.14 ± 0.19 b 0.69 ± 0.05 b 469.98 ± 7.56 b 100.44 ± 2.66 a
增施 CO2 Elevated CO2 261.15 ± 8.64 a 18.49 ± 0.66 a 0.82 ± 0.04 a 567.72 ± 10.10 a 90.72 ± 1.96 b
注:叶面积为试验期间新长出的叶片总面积。
Note:Leaf area was the total area of leaves newly emerged during treatment.


2.4 长期增施 CO2 对蝴蝶兰开花的影响
增施 CO2 对蝴蝶兰开花有显著影响。由表 2 可知,增施 CO2 使蝴蝶兰的花期比对照提前了 5.4 d
左右。增施 CO2 使蝴蝶兰花朵数增加 66%,除了由于花序长度增加使主花序上花朵数增加之外,主
要是促进了花序侧枝的形成(图 3),增加了每株植株的花朵数。同时,增施 CO2 对花朵的大小也有
一定的促进作用,花朵的纵径和横径分别达到(9.49 ± 0.31)cm 和(11.14 ± 0.38)cm,横径比对照
增加 6%。
另外,增施 CO2 显著促进了花梗的发育,花梗的粗度增加 18%,花序长增加 31%,但花梗的长
度缩短了 10%。
增施 CO2 对蝴蝶兰花瓣花色素苷的积累有显著影响,使花瓣花色素苷的含量增加 31%。



许申平,曾兰婷,叶庆生.
长期增施 CO2 对蝴蝶兰生长与开花的影响.
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表 2 增施 CO2 对蝴蝶兰‘内山姑娘’开花的影响
Table 2 Effect of elevated CO2 on flowering in Phalaenopsis‘Neishan Guniang’
处理
Treatment
始花期/d
First flowering
phase
花朵数/
(No. · plant-1)
Flower
number
花朵纵径/cm
Flower
length
花朵横径/
cm
Flower
width
花梗粗度/
mm
Peduncle
diameter
花梗长/cm
Peduncle
length
花序长/cm
Inflorescence
length
花瓣花色素苷/
(A 校· g-1FW)
Petal
anthocyanin
对照 Control 125.80 ± 1.92 a 5.88 ± 0.83 a 8.80 ± 0.57 a 10.53 ± 0.17 a 5.56 ± 0.32 a 47.66 ± 0.58 a 31.15 ± 0.90 a 2.50 ± 0.10 a
增施 CO2
Elevated CO2
120.40 ± 3.21 b 9.75 ± 1.75 b 9.49 ± 0.31 b 11.14 ± 0.38 a 6.58 ± 0.35 b 43.03 ± 1.67 a 40.83 ± 3.34 b 3.27 ± 0.17 b





图 3 增施 CO2 对蝴蝶兰‘内山姑娘’生长和开花的影响
Fig. 3 Effect of elevated CO2 on growth and flowering in Phalaenopsis‘Neishan Guniang’
3 讨论
蝴蝶兰叶片净 CO2 吸收速率的日变化呈典型的单峰型曲线,最大值出现在夜间 22:00 左右,
白天较低,甚至出现负值,这一结果与以前普遍认为蝴蝶兰为 CAM 植物的观点(Lootens & Heursel,
1998;Guo & Lee,2006;Pollet et al.,2010;Chen & Li,2012)一致。李华云等(2007)认为蝴蝶
兰叶片净 CO2 吸收速率峰值出现在凌晨 2:00 左右,而本研究中蝴蝶兰的净 CO2 吸收速率的最大值
提前至晚上 22:00 左右。在蝴蝶兰原生种 Phalaenopsis amabilis 的研究中发现,夜间净 CO2 吸收速
率最大值的时刻点与温度和湿度紧密相关(Chen & Li,2012);而在蝴蝶兰杂交种‘Hercules’的研
究中也发现,净 CO2 吸收速率的最大值受季节条件的影响,晚秋时最大值出现在晚上 22:00 左右,
而早春出现在凌晨 2:00 左右(Pollet et al.,2010)。由此可知,蝴蝶兰净 CO2 吸收速率并不是完全
按照其他 CAM 植物的节律,而与品种和环境条件紧密相关表现出较大的可塑性。由于 CAM 植物
独特的 CO2 同化方式,可滴定酸含量可作为其光合性能的另一种表现形式。本研究中蝴蝶兰可滴定
酸含量在 18:00 时开始升高,凌晨 6:00 时开始下降,均延迟于叶片的净 CO2 吸收变化,但总体
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趋势与净 CO2 吸收日变化呈现一致性。
关于增施 CO2 对 CAM 植物的研究相对较少(Poorter & Navas,2003;Ceusters & Borland,2011)。
综合以往研究发现,增施CO2促使大部分CAM植物的净CO2吸收速率日均增加 35% ~ 40%(Drennan
& Nobel,2000;Ceusters & Borland,2011)。因植物种类不同,这种增加分别包括夜间净 CO2 吸收
速率增加(Cui et al.,1993;Li et al.,2002),白天 CO2 吸收速率增加(Winter et al.,1997;Ceusters
et al.,2008),白天与夜间净 CO2 吸收速率都增加(Graham & Nobel,1996;Zhu et al.,1999)3 种
类型。本研究中对蝴蝶兰进行夜间增施 CO2(18:00—翌日 6:00)发现蝴蝶兰的净 CO2 吸收速率
达到对照的两倍,关于白天蝴蝶兰对增施 CO2 的响应还需进一步研究。
增施 CO2 对植物开花时间的影响表现为促进、延迟和没有影响 3 种情况(Springer & Ward,
2007)。本研究中发现增施 CO2 使蝴蝶兰的花期提前了 5.4 d,主要原因可能是增施 CO2 促进了可溶
性糖含量的积累,糖类作为信号分子在花期调控方面发挥了重要作用。Jablonski 等(2002)综合 79
个物种发现增施 CO2 使植物的开花数量平均增加 19%。本研究中增施 CO2 使蝴蝶兰花朵数量平均增
加 66%,这主要是促进了蝴蝶兰花序侧枝的形成,导致花序分枝形成的原因是否有可能是增施 CO2
使蝴蝶兰 C︰N 比发生改变或激素发生改变引起的,需进一步研究。花色素苷是决定花色的主要色
素,有研究发现蔗糖可上调花色素苷合成途径,提高花色素苷的含量(Solfanelli et al.,2006)。本
研究中蝴蝶兰花瓣花色素苷含量提高的主要原因可能是增施 CO2 增加了可溶性糖的含量。

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