长日照、CO2加富对休眠状态下草莓形态特征及光合特性的影响

张 卓，付崇毅，潘 璐，宋 阳，杨志刚，张 毅，崔世茂

（1.内蒙古农业大学 园艺与植物保护学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；3.山西省设施蔬菜提质增效协同创新中心，山西 太谷 030801）

光合作用是植物重要的代谢过程，是植物生长发育的基础，植物通过光合作用进行能量转换和物质积累[1]，从而为植物生长发育提供必要的物质和能量。研究表明，长日照可以提高植株单位叶面积的光合能力[2]，同时适当延长光照时间还可以提高植物叶片的抗冷性[3]。目前的研究普遍认为，适量增施CO2能够促进植物光合作用，提高作物抗逆性[4-5]。草莓（Fragaria ananassa Duch），是目前我国设施栽培面积较大的水果，随着栽培面积的不断扩大，栽培技术不断提高。草莓在秋季会感应短日照条件进入休眠，为防止草莓进入深度休眠，生产上会通过温度和光照管理调节草莓的休眠状态，维持草莓“半休眠”状态是获得草莓高产的基础。然而，在冬季连续阴雨雪或雾霾天气条件下，设施温度持续过低，加之生产管理不当等因素，会诱导草莓进入深度休眠状态，严重影响产量和品质。温度、光照管理、喷施激素是调节草莓休眠状态的重要手段[6]。目前，有关CO2加富、光照对草莓的影响研究已有报道[7-8]，而有关长日照和CO2加富处理对休眠状态下草莓生长的影响鲜有报道。本试验研究了长日照、CO2加富处理对休眠状态下草莓光合作用的影响，以期为设施草莓的高产优质栽培提供理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料及设计

试验在内蒙古农业大学试验基地进行，选用“京桃香”（Jingtaoxiang）草莓为试验材料。2018年8月29日，选四叶一心、长势一致的草莓苗定植在苗钵（21 cm×26 cm）中，每个苗钵定植1 株，共定植120 株。将盆栽草莓放置在日光温室（无保温被）中，温室风口不关，持续低温管理至草莓苗出现矮化现象（草莓进入休眠状态的标志）。11月10日，将草莓苗移入光照培养箱（MGC-300A），培养箱温度设置为25 ℃/18 ℃（昼/夜），光照强度为37.5 μmol/（m2·s），湿度为85%。每个处理30 株草莓，共设置4 个处理，分别为对照（CK）：常规管理模式，光照时间为10 h（昼），黑暗时间为14 h （夜）；CO2加富（CO2）：培养箱内的白天模式开启2 h 后，开始增施CO2（600～800 μmol/L），加富时间为5 h，光照时间为10 h（昼），黑暗时间为14 h（夜）；长日照（LD）：常规管理模式，光照时间为16 h（昼），黑暗时间为8 h（夜）；长日照+CO2加富（LD+CO2）：培养箱内白天模式开启2 h 后，开始增施CO2（600～800 μmol/L），加富时间为5 h，光照时间为16 h（昼），黑暗时间为8 h（夜）。

1.2 测定时间及方法

形态指标测定：于处理35 d 后测定。株高按照孟令春等[9]的方法进行测定；叶柄长使用电子游标卡尺测量心叶向外第3 片展平的功能叶的叶柄长度；叶面积采用剪纸称重法[10]测定。

地上部干重的测定：取草莓植株全部叶片于105 ℃进行杀青，置于烘箱80 ℃烘干6 h，称量得到地上部干重，每个处理取3 个样品，取其平均值。

光合作用指标测定：使用Li-6400 型便携式光合作用测定仪（Li-Cor 公司，美国），于处理7、14、21、28、35 d 分别测定净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度。在培养箱“白天模式”开启4 h后测定，每次选择3 株草莓功能叶片（心叶向外第3片）进行测量，每片叶子重复3 次，计算平均值。剪下测定后的叶片，立即置于液氮中，带回实验室进行后续试验。使用SPAD-502 叶绿素仪（柯尼卡美能达，日本）测定草莓功能叶片（心叶向外第3 片）的叶绿素SPAD值，每片叶片重复3 次，计算平均值。

生理指标测定：于处理7、14、21、28、35 d 分别取样。可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定；淀粉含量采用高氯酸水解蒽酮比色法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[11]。

1.3 数据统计与分析

应用Microsoft Excel 2010 软件和SPSS 19.0 软件对数据进行分析和处理。

2 结果与分析

2.1 不同处理对休眠状态下草莓形态指标和地上部干重的影响

由表1 可知，不同处理下草莓株高和叶柄长表现为：LD+CO2＞CO2＞LD＞CK；LD+CO2和CO2处理的草莓株高分别比对照提高了47.72%和31.94%，差异显著（P＜0.05）；LD+CO2和CO2处理的草莓叶柄长分别比对照提高了41.35%和34.05%，差异显著（P＜0.05）。草莓的叶面积在不同处理下表现为：LD+CO2＞LD＞CO2＞CK。LD+CO2、LD 和CO2处理的叶面积均显著高于对照（P＜0.05），分别比对照提高了36.17%、18.17%和12.33%；LD+CO2处理的草莓叶面积也显著高于LD 和CO2处理（P＜0.05）。此外，LD+CO2、CO2、LD 处理的草莓地上部干重显著高于对照（P＜0.05），LD 和CO2处理的草莓地上部干重差异不显著。这表明LD+CO2、LD 和CO2处理都能促进草莓地上部干重的积累，但LD+CO2处理对叶面积生长的促进作用最显著。

表1 不同处理对休眠状态下草莓形态指标和地上部干重的影响

2.2 不同处理对休眠状态下草莓叶片光合特性的影响

2.2.1 不同处理对休眠状态下草莓叶片SPAD值的影响 由图1 可知，LD+CO2、CO2和LD 处理的草莓叶片SPAD值均显著高于对照（P＜0.05）。LD+CO2处理对草莓叶片SPAD值的影响最明显，与CK 相比，处理7、14、21、28、35 d 分别提高了28.52%、32.27%、32.45%、28.68%、23.24%。处理14 d 后，LD+CO2处理的草莓叶片SPAD值显著高于CO2和LD 处理。这表明长日照和CO2处理均能显著提高草莓叶片的SPAD值，但长日照与CO2加富耦合处理的提升效果最好。

2.2.2 不同处理对休眠状态下草莓叶片净光合速率的影响 由图2 可知，不同处理的草莓叶片净光合速率均呈先升高后降低的趋势，且都在处理21 d 时达到最高值，整体表现为LD+CO2＞CO2＞LD＞CK。在整个处理期间，LD+CO2、CO2和LD 处理的净光合速率均显著高于对照（P＜0.05）。LD+CO2处理对草莓叶片净光合速率的促进作用最大，在处理7、14、21、28、35 d，草莓叶片净光合速率比对照分别提高了79.70%、98.45%、84.47%、80.93%、92.30%。这表明长日照或者CO2处理均可以提高休眠状态下草莓叶片的净光合速率，但是LD+CO2处理后对草莓净光合速率的提高更加显著。

2.2.3 不同处理对休眠状态下草莓叶片胞间CO2浓度的影响 由图3 可知，各处理草莓叶片的胞间CO2浓度均表现出与净光合速率相反的变化趋势，呈先降低后升高的趋势。草莓叶片的胞间CO2浓度值整体表现为LD+CO2＞CO2＞LD＞CK。LD+CO2、CO2和LD 处理草莓叶片的胞间CO2浓度均与对照差异显著（P＜0.05），而LD+CO2和CO2处理差异不显著。

2.2.4 不同处理对休眠状态下草莓叶片气孔导度的影响 由图4 可知，LD+CO2、CO2和LD 处理均能提高草莓叶片的气孔导度，整体表现为LD+CO2＞LD＞CO2＞CK。处理21 d，LD+CO2、CO2和LD 处理的草莓叶片气孔导度较对照分别提高了195.33%、116.20%、138.32%。表明LD+CO2、CO2和LD 处理均可以提高休眠状态下草莓叶片的气孔导度。

2.2.5 不同处理对休眠状态下草莓叶片蒸腾速率的影响 由图5 可知，不同处理草莓叶片的蒸腾速率与气孔导度的变化一致，均呈先上升后下降的趋势，LD+CO2处理草莓叶片的蒸腾速率始终高于其他处理，且LD+CO2处理草莓叶片的蒸腾速率与对照相比差异显著（P＜0.05），处理21 d 提高了48.91%。CO2与LD 处理之间草莓叶片的蒸腾速率差异不显著。

2.3 不同处理对休眠状态下草莓叶片光合产物的影响

2.3.1 不同处理对休眠状态下草莓叶片可溶性蛋白质含量的影响 由图6 可知，随着处理时间的延长，不同处理草莓叶片的可溶性蛋白质含量逐渐升高，总体表现为LD+CO2＞LD＞CO2＞CK。LD+CO2、CO2和LD 处理的草莓叶片可溶性蛋白含量均显著高于CK（P＜0.05），分别提高了178.31%、91.30%、40.07%。LD 处理草莓叶片的可溶性蛋白质含量始终显著高于CO2处理（P＜0.05）。

2.3.2 不同处理对休眠状态下草莓叶片淀粉含量的影响 由图7 可知，不同处理草莓叶片的淀粉含量均呈先降低后升高的趋势，CO2和LD 处理均能提高草莓叶片淀粉含量。LD+CO2处理对草莓叶片的淀粉含量影响最明显，处理7、14、21、28、35 d，LD+CO2处理的草莓叶片淀粉含量比对照分别提高了76.92%、108.36%、129.22%、146.52%、28.65%。

2.3.3 不同处理对休眠状态下草莓叶片可溶性糖含量的影响 由图8 可知，CO2和LD 处理对草莓叶片可溶性糖含量的提高均有促进作用，且CO2和LD+CO2处理草莓叶片的可溶性糖含量均显著高于对照（P＜0.05）。各处理草莓叶片的可溶性糖含量在处理28 d 时达到最大值，分别为5.725、8.463、9.593、9.794 mg/g。

3 讨论与结论

在设施栽培中，草莓如果在冬季进入深度休眠，新长出的叶子会变小，叶柄缩短，植株矮化，整体光合作用量减少，造成果实小，产量低[12]。光合作用是植物生长发育的基础，而叶片是光合作用的主要器官，叶面积差异会影响植株群体的光合效率[13-14]。本试验结果表明，CO2和LD 处理均能促进休眠状态下草莓的叶片生长，表现为叶柄伸长和叶面积增大，LD+CO2处理对草莓叶片生长的影响更显著。研究发现，延长光照时间能够提高茄子叶片中叶绿素的含量[15]，CO2加富处理也能够提高甜椒叶片SPAD值[16]。本试验的研究结果也表明，长日照处理和CO2加富处理都显著提高了休眠状态下草莓叶片的SPAD值。已有研究证实，随着光照时间的延长，金银花叶片的净光合速率显著上升[17]；升高环境CO2浓度可以显著提高茶叶的净光合速率，从而提升光合能力[18]。本研究结果表明，CO2加富和长日照处理均能显著提高休眠状态下草莓叶片的净光合速率，而CO2加富和LD 处理的草莓叶片胞间CO2浓度、气孔导度也明显高于对照。因此，CO2加富和长日照处理一方面会影响草莓叶绿素含量，另一方面可能通过气孔因素影响草莓叶片的光合作用。在处理后35 d内，CO2+LD 处理下草莓的叶片生长和光合作用生理指标均显著优于对照，且与CO2加富和长日照单独处理相比，CO2加富和长日照耦合处理对休眠状态下草莓叶片的生长、光合作用的促进作用更显著、更稳定。

植物的光合能力加强，有利于植物同化作用。可溶性蛋白质含量的高低，一定程度上反映了植株体内代谢能力的强弱，闫晓花等[19]提出补光可提高黄瓜可溶性蛋白质含量；杜军利等[20]通过对高粱叶片的研究发现，延长光照时间能够显著提高叶片的可溶性蛋白质、淀粉、可溶性糖的含量；许申平等[21]研究表明，提高CO2浓度能够显著提高叶片可溶性蛋白质、淀粉和可溶性糖的含量。本试验的研究结果证实，CO2加富和长日照处理均能提高休眠状态下草莓叶片的可溶性蛋白质、淀粉、可溶性糖含量，且CO2加富和长日照耦合处理对草莓光合产物的积累作用更加显著。这可能与CO2加富、长日照处理提高了草莓叶片光合能力有关，光合产物以淀粉的形式暂时贮存在草莓的叶片中，同时淀粉又分解产生大量的可溶性糖供应叶片的生长、从而使草莓的叶柄伸长、叶面积增大。

综上所述，CO2加富、长日照处理可提高休眠状态下草莓叶片的光合速率，加快碳同化，加速光合产物的形成与积累，促进休眠状态下草莓叶片的生长。