全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2005, 32 (2) : 335～338
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2004 - 03 - 16; 修回日期 : 2004 - 09 - 27
基金项目 : 广东省自然科学基金重点项目 (04105806) ; 广东省自然科学基金团队项目 (003062)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: yeqsh@ scnu1edu1cn)
CO2 浓度升高对红掌光合速率与生长发育的影响
王精明 1, 2 　李永华 1 　黄胜琴 1 　刘丽娜 1 　叶庆生 13
(1 华南师范大学生命科学学院 , 广州 510631; 2 惠州学院生物系 , 惠州 516015 )
摘 　要 : 本试验以开顶式塑料薄膜温室为设施 , 研究了高 CO2 浓度对红掌叶片光合速率、植株生长、
光合酶活性和花期的影响。结果表明 : 处理 90 d时 , 对照组 〔大气 CO2 浓度 ( 360 ±30) μmol·mol- 1 〕
红掌的株高、叶面积、株干样质量、株鲜样质量与处理前相比分别增加了 1614%、3611%、10112%和
8412% , 而高 CO2 浓度组 〔 ( 1 000 ±100 ) μmol·mol- 1 〕则分别增加了 7219%、 6516%、 21716%和
19911%。高 CO2 浓度组的净光合速率比对照增加 46127% , 气孔导度下降 , 促进了叶片中可溶性糖和淀粉积
累 , 叶绿素含量比对照下降 , 而对 Rubisco活性影响较小 , 乙醇酸氧化酶活性则明显下降。高 CO2 浓度处理
50 d时 , 开花率为 25% , 处理 90 d时已达到 80%以上 , 而在整个试验期间对照组未见开花。因此 , 高浓度
CO2 处理提高了红掌叶片的光合速率和碳水化合物的积累 , 促进了营养生长 , 提前了花期。
关键词 : 红掌 ; 光合速率 ; 生长发育
中图分类号 : S 68211 + 4　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2005) 0220335204
Effects of Eleva ted CO2 Concen tra tion on Photosyn thetic Ra te, Growth and
D evelopm en t in A n thu rium andraeanum L ind. L eaves
W ang J ingm ing1, 2 , L i Yonghua2 , Huang Shengqin2 , L iu L ina2 , and Ye Q ingsheng13
(1 College of L ife Sciences, Sou th China N orm al U niversity, Guangzhou 510631, China; 2D epartm en t of B iology, Huizhou Col2
lege, Huizhou 516015, Ch ina)
Abstract: The effects of elevation of CO2 on photosynthetic characteristics, growth rate and flowering of
An thu rium andraeanum L ind. were studied in open2top p lastic chambers. The results showed that p lant grown
under ambient CO2 〔 (360 ±30) μmol·mol- 1 〕at 90 d after treatment, the p lant height , leaf area, fresh
and dry mass have increased by 1614% , 3611% , 10112% and 8412% respectively than that 0 d after treat2
ment. However, p lant grown under elevated CO2 condition 〔 (1 000 ±100) μmol·mol- 1 〕at that period,
their physiological characteristics increased significantly by 7219% , 6516% , 21716% and 19911% respec2
tively. Comparing with the ambient CO2 , elevated CO2 caused a marked rise in net photosynthetic rate
(46127% ) and more soluble sugar and starch accumulation in leaves, but significantly reduced their stomata
conductance and chlorophyll content. In addition, elevated CO2 had little effect on Rubisco activity, and gly2
colate oxidase activity apparently decreased in leaves. There area great difference in flowering between ambient
and elevated CO2 condition. No flowering occurred in the former, but the flowering percentage of the latter
were 25% at 50 d and 80% at 90 d. It was considered that increase in CO2 concentration in a certain extent
m ight be most beneficial for increasing photosynthetic rate and carbohydrate accumulation, and therefore, the
vegetative growth and flowering were eventually p romoted.
Key words: A nthurium and raeanum L ind. ; Net photosynthetic rate; Growth and development
1　目的、材料与方法
目前 CO2 浓度效应的研究中多以森林植物、农作物与蔬菜为试验材料 , 而在花卉栽培方面应用
园 　　艺 　　学 　　报 32卷
CO2 施肥的研究报道不多见。红掌 (A nthurium andraeanum L ind. ) 是国际花卉市场销量最大的花卉之
一 , 我们在开顶式薄膜温室的设施条件下 , 探讨高 CO2 浓度对红掌叶片光合速率、生长及花期的影
响 , 以期为其设施栽培提供理论依据和应用技术。
红掌 ‘亚历桑娜 ’ (A rizona, 花红色 ) 购自广州农业科技开发研究基地 , CO2 购自广州气体厂 ,
纯度 9915%。试验于 2003年 3月 28日至 6月 28日在华南师范大学国兰研究中心进行 , 红掌盆栽
(盆高 25 cm, 直径 15 cm) 置于两个设施条件相同的开顶式塑料薄膜温室 (对照组和处理组 , 长 5
m、宽 315 m、脊高 415 m) 中 , 混合基质 (腐殖土 ∶花泥 ∶珍珠岩 = 5∶3∶2) 栽培 , 温室上方覆盖遮阳
网 (遮阳率 30% )。午间最大光照强度 (650 ±100) μmol·m - 2 ·s- 1 ; 温度白天 (30 ±4) ℃、夜晚
(21 ±3) ℃; 相对湿度 : 白天 45% ±10% , 夜晚 75% ±10%。处理温室内供气装置为 CO2 钢瓶 , CO2
气体通过 CO2 减压流量计 , 由均匀分布在红掌叶幕上方的 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 (L I26400, L I2COR, NE, USA) 定时监测棚内 CO2 浓度 , 由流量计
控制补充 , 使 CO2 浓度变幅不超过 ±10%。由预试验中供试材料的 Pn - CO2 响应曲线可知 , 红掌的
CO2 饱和点为 (1 000 ±50) μmol·mol- 1。因此本研究设大气 〔 (360 ±30) μmol·mol- 1 , ambient
CO2 , AC〕和高浓度 CO2 〔(1 000 ±100) μmol·mol- 1 , elevated CO2 , EC〕2个处理 , 3次重复 , 每
重复 15盆。试验过程中 , 每天 8: 00～17: 00施用 CO2 , 其它时间段与对照 CO2 浓度相同 , 午间通
风 2 h (处理温室仍保持较高 CO2 浓度 )。每 15 d
施 1次 Hogland营养液 , 硝酸盐 (主要为硝酸钾 )
浓度提高至 10 mmol·L - 1 , 每天下午灌清水 1
次。每隔 30 d测定株高及上数第 4位功能叶片的
叶面积、鲜样质量和干样质量。于上午 9: 00～
11: 00测定净光合速率 ( Pn)、气孔导度 ( Gs)、
细胞间隙 CO2 浓度 ( Ci ) 与水分利用效率
(WUE)。光合有效辐射 ( PAR) 约为 500μmol·
m
- 2 ·s- 1 , 叶片温度控制在 24～30℃。
分别于处理 0、30、60、90 d测定叶绿素含
量〔1〕、可溶性总糖含量〔1〕、淀粉含量〔2〕、Rubisco
和乙醇酸氧化酶活性〔3〕。
2　结果与分析
211　高 CO2 浓度对红掌幼苗生长指标的影响
由表 1可见 , 高 CO2 浓度处理下红掌各项生
长指标均有不同程度的提高。处理 90 d时 , 对照
的株高、叶面积、叶片数 /株、株干样质量、株鲜
样质量与处理前 (图 1, A ) 相比分别增加了
1614%、3611%、4010%、10112%和 8412% , 而
高 CO2 浓度处理后分别增加了 7219%、6516%、
8711%、21716%和 19911% ; 株高、叶面积和叶
片数 /株均有明显的增加。由于红掌是兼具观花观
叶类的花卉 , 高 CO2 浓度处理后株高和叶面积增
加 (图 1, B、C) , 有利提高植株的观赏价值。
高 CO2 浓度促使一些植物提前开花 , 红掌虽然开
花 (苞片展开 , 色较红 , 柱头完全显露为开花 ) ,
图 1　CO 2 浓度升高处理 0 ( A)、60 ( B)、
90 d ( C) 对红掌的影响
F ig. 1　A n thu rium andraeanum L ind. w ith eleva ted
CO2 a t 0 d ( A) , 60 d ( B) and 90 d ( C)
633
　2期 王精明等 : CO2 浓度升高对红掌光合速率与生长发育的影响 　
但有观赏价值的却是显色佛焰苞片 (变态叶 )。据报道 , 高 CO2 浓度有利于百合花蕾的形成和生长 ,
花期提前〔4〕, 这与本试验结果相似。本研究表明 , 高 CO2 浓度处理 50 d时 , 共有 11盆开花 , 占总数
的 25% ; 处理 90 d时 , 共有 37盆开花 , 占总数的 80%以上。整个试验期间 , 对照组未见开花 (图
1, C)。
表 1　高 CO 2 浓度对红掌生长发育指标的影响
Table 1　The effect of eleva ted CO 2 concen tra tion on growth and developm en t index of A n thu rium andraeanum L ind.
时间
Time ( d)
处理
Treatments
株高
Plant
height( cm)
叶面积
Leaf area
( cm2 )
叶片数 /株
Leaf
number
干样质量
D ry mass
( g·g - 1 FM)
鲜样质量 /株
Fresh mass
( g·p lant - 1 )
开花率
Flowering
percentage (% )
0 AC 18173 ±1101 52143 ±2152 1510 ±111 01173 ±01009 38115 ±2102 0
EC 16145 ±1125 54167 ±1147 1415 ±110 01184 ±01007 37124 ±2115 0
30 AC 19131 ±0185 57117 ±2133 1613 ±111 01195 ±01010 47113 ±2164b 0
EC 2014 ±80169 62135 ±2172 1813 ±114 01209 ±01011 55149 ±3133a 0
60 AC 20158 ±0172b 63176 ±2142b 1818 ±110b 01191 ±01009 58127 ±3173b 0Bb
EC 24107 ±0185a 72162 ±2155a 2214 ±211a 01213 ±01008 73193 ±3199a 25100Aa3
90 AC 25181 ±0195b 71138 ±2143Bb 2110 ±116b 01194 ±01011 70128 ±4178Bb 0Bb
EC 28145 ±1113a 90154 ±2165Aa 2612 ±119a 01218 ±01015 111138 ±5135Aa 80125Aa
注 : 表中数据为 3次重复的平均值 , 其中干样质量与鲜样质量为每重复 5盆。AC: 大气 CO2 浓度 ; EC: 高 CO2 浓度。下表同。3 处理 50 d的数据。
Note: Mean ±SE ( n = 3) ; AC: Ambient CO2 concentration; EC: Elevated CO2 concentration. The same as follow. 3 Value treated 50 d.
212　高 CO2 浓度对红掌叶片光合速率的影响
本研究表明 , 高 CO2 浓度处理显著提高了红掌的净光合速率 , 不同测定时期的增加幅度在
38124% ～46127%之间 (图 2, A ) ; 高 CO2 浓度导致了叶片气孔导度的下降 (图 2, B ) , 但细胞
间隙 CO2 浓度 (图 2, C) 与水分利用效率升高 (图 2, D ) , 并没有观察到光合下调现象 , 这可能
有以下原因 : 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 ; 在试验过程中及时施加 N肥 , 使叶片保持了较高的 N
含量。
图 2　高 CO2 浓度对红掌净光合速率 ( Pn)、气孔导度 ( Gs)、细胞间隙 CO 2 浓度 ( C i) 及水分利用效率 (W UE) 的影响
F ig. 2　Effect of eleva ted CO 2 concen tra tion on Pn, Gs, C i and W UE of A n thu rium andraeanum L ind.
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园 　　艺 　　学 　　报 32卷
213　高 CO2 浓度对红掌叶片可溶性糖、淀粉和
叶绿素含量的影响
表 2表明 , 高 CO2 浓度处理促进了红掌叶片
中可溶性糖和淀粉的积累 , 处理 90 d时可溶性糖
与淀粉含量分别比处理前增加 11919%、5310% ,
而对照增加 5714%和 4713%。在高 CO2 浓度处理
条件下 , 由于叶面积的增加 , 单位面积红掌叶片
中的叶绿素含量随处理时间的延长呈下降趋势 ,
并且在测定的各个时期均小于对照 , 试验结束时
与处理前相比其叶绿素含量下降了 2513% , 而叶
绿素 a /b没有明显变化。
214　高 CO2 浓度对红掌叶片核酮糖 105 -二磷酸
羧化酶 /加氧酶和乙醇酸氧化酶活性的影响
表 2　高 CO2浓度对红掌叶片可溶性糖、淀粉和叶绿素含量的影响
Table 2　Effects of eleva ted CO 2 concen tra tion on the
con ten t of soluble sugar, starch and chlorophyll in
A n thu rium andraeanum L ind.
时间
Time
( d)
处理
Trea2
tment
可溶性糖
Soluble sugar
(mg·g- 1DM)
淀粉
Starch
(mg·g- 1 FM)
叶绿素含量 Chl. content
a + b
(mg·g - 1 FM) a /b
0 AC 9196 ±0156 3138 ±0125 1149 ±0106 2122 ±0111
EC 9131 ±0148 3185 ±0136 1154 ±0105 2133 ±0114
30 AC 11136 ±0195b 3159 ±0124 1149 ±0108 2113 ±0118
EC 14121 ±0177a 4101 ±0117 1137 ±0111 2108 ±0109
60 AC 13140 ±0151Bb 4125 ±0117b 1146 ±0110b 2121 ±0113
EC 18177 ±0190Aa 5119 ±0130a 1127 ±0107a 2111 ±0114
90 AC 15168 ±0146Bb 4198 ±0117b 1138 ±0108b 2127 ±0112
EC 20147 ±0164Aa 5189 ±0134a 1115 ±0104a 2116 ±0118
　　核酮糖 105 -二磷酸羧化酶 /加氧酶 (Rubisco) 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〔3〕。本试验表明 (图 3) ,
在整个试验期间高 CO2 浓度处理提高了红掌叶片 Rubisco活性 , 但幅度较小 , 可能在一定程度上提高
了其羧化效率 ; 乙醇酸氧化酶的活性则明显下降 , 试验结束时与处理组相比下降了 4213% , 而对照
组没有明显变化 , 可能其光呼吸过程在一定程度上受到抑制。由此可知 , Rubisco羧化效率的增加与
光呼吸受到抑制可能是高 CO2 浓度下生长的红掌叶片具有较高光合速率的主要原因之一。
图 3　高 CO 2 浓度对红掌叶片核酮糖 105 - 二磷酸羧化酶 /加氧酶 ( Rub isco) 和乙醇酸氧化酶 ( GO ) 活性的影响
F ig. 3　Effects of eleva ted CO2 concentration on activ ities of Rub isco and glycola te ox ida se in leaves of An thu rium andraeanum L ind.
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