枸杞属(Lycium)植物自然分布有7种3变种。宁夏枸杞(L. barbarum)在我国栽培面积最大，栽培历史悠久，具有生态、经济和社会效益以及“药食同源”的功效，被冠以宁夏“红宝”之美誉(高志军, 2010)。近年来，随着枸杞的保健功效被广泛认识，消费量也逐年增加，种植面积不断扩大。

气候变化对植物的生理影响已成为目前研究的热点，而气候系统观测到近几百年来都没有明显变化(Alexandrov et al., 2000; 沈亚平等, 2013)。目前认为，CO₂等温室气体浓度增加所引起的温室效应是全球气候变化的显著特征之一。在过去150年里CO₂浓度逐渐升高，这与人类活动增加、化石燃料使用等都有紧密联系，2013年CO₂浓度达到400 μmol·mol^-1，预计到21世纪末，大气CO₂浓度将达到720~760 μmol·mol^-1，是目前普通大气CO₂浓度的2倍(IPCC, 2013；2014; Attipalli, 2010)。CO₂作为植物光合作用的重要底物，其浓度增加将直接影响植物生长与果实品质(Ainsworth et al., 2005)，郝兴宇等(2011)认为，大气CO₂浓度升高后绿豆(Phaseolus radiatus)各器官生长明显加快，收获后地上部分生物量及总生物量有所增加。张志明(2012)对番茄(Lycopersicon esculentum)的研究表明，CO₂施肥的番茄果实在各个时期其可溶性固形物均显著高于同期对照。高浓度CO₂ 处理短时间内会抑制果实生理代谢，对果实起到一定保鲜作用(姜爱丽等, 2011)。目前关于气候变化对枸杞植株营养生长与果实品质的研究较少，因此本试验通过测定CO₂ 浓度升高下宁夏枸杞植株生长指标与果实形态、糖分含量、活性物质含量及相关酶活性，为宁夏枸杞的选育与栽培，提高果实外观和营养品质提供参考，也为气候变化背景下科学调控其他木本经济林植物优质高效栽培与育种提供理论依据。

试验于2017年4月至10月在宁夏大学试验农场(银川市永宁县)和宁夏大学农学院实验室进行。试验材料为宁夏枸杞‘宁杞1号’，1年生苗木，选取栽培管理与长势一致的代表性植株。

试验采用单因素设计，共设置3个处理：普通大气CO₂浓度(对照，CK)，(380±20) μmol·mol^-1；CO₂浓度升高0.5倍(处理1，TR1)，(570±20) μmol·mol^-1；CO₂浓度升高1倍(处理2，TR2)，(760±20) μmol·mol^-1，每个处理设3次重复，共9个气室。各气室均匀种植9株枸杞，栽培管理方式一致，最终随机选定5株宁夏枸杞挂牌标号，用于指标测定。自5月开始，每天8:00—20:00向增施CO₂浓度气室通气。

本试验在开顶气室(open-top chamber, OTC)内获得CO₂浓度升高下的宁夏枸杞果实。OTC由塑钢框架和透明玻璃制成，气室总高2.5 m，底部为边长1.1 m的正八边形，上部0.5 m向内倾斜呈45°，侧面均安装通风口。气室利用传感器感应CO₂浓度，CO₂钢瓶作为供气气源，电磁阀控制CO₂供给，内安装自主研发的开顶气室模拟CO₂控制系统，通过手机APP可实时监测气室内浓度是否达标，最后与PC机协调实现浓度自动控制。OTC系统每5 min采集1次数据，每月选取6天制作气室温度及CO₂浓度变化趋势图。由图可知，对照和处理气室温度保持一致，CO₂浓度在试验要求范围内。

图 1 气室内温度、CO2浓度变化趋势 Fig. 1 Trend of temperature and CO2 concentration in the chamber

自开始增施CO₂(5—9月)每15天测量1次。选取挂牌植株，苗高和新梢长度用卷尺测量，地径和新梢粗度用数显游标卡尺测量。

在夏果至秋果期间(8—9月)，每15天取样测量1次，共4次。随机采取各气室内已挂牌宁夏枸杞植株上的成熟鲜果，样品采集后分别装袋标记。采用0.1%电子天平测定果实鲜质量，果实纵横径采用0.1%数显游标卡尺测定。

在夏果至秋果期间(8—9月)每15天取样测量1次，共4次。随机采取各气室内已挂牌宁夏枸杞植株上的成熟鲜果，样品采集后分别装袋标记并用冰袋转移至-4 ℃冰箱保存；糖分含量采用蒽酮-硫酸比色法(张友杰, 1977; 池源等, 2014)测定，随采随测。

在夏果至秋果期间(8—9月)每月取样测量1次，共2次。随机采取各气室内已挂牌宁夏枸杞植株上的成熟鲜果，样品采集后分别装袋置于烘箱，待果实烘干后粉碎备用。多糖含量采用苯酚-硫酸法测定，黄酮含量采用紫外分光光度法测定(王月囡, 2010; 刘兰英等, 2011)。

在夏果至秋果期间(8—9月)每月取样测量1次，共2次。随机采取各气室内已挂牌宁夏枸杞植株上的成熟鲜果，样品采集后分别装袋标记并用液氮进行转移，保存于-80 ℃冰箱。测定方法参照赵章中(2001)和郑国琦(2011)方法，略有改动。所有操作在-4 ℃条件下进行。

运用Microsoft Excel进行数据处理，Graphpad Prism 5系统作图，SPSS 17系统软件进行方差分析，LSD(1east significant difference test)进行样本平均数的差异显著性比较。

自5月开始连续150天对宁夏枸杞幼苗增施CO₂(对照除外)，结果表明，CO₂浓度升高，植株苗高生长和地径生长均高于对照(图 2A、B)，整个生育时期苗高生长速率均高于对照，且TR2增幅明显；6月中旬以后，地径生长高于对照。后期宁夏枸杞生长速度逐渐减慢，处理与对照趋势相近。试验结束时，苗高净生长量较对照分别高11.67%和18.65%，且差异极显著，地径净生长量极显著增加55.09%和62.58%，但两处理间差异极不显著(表 1)。由图 2可知，CO₂浓度升高下宁夏枸杞植株新梢加长生长和加粗生长明显高于对照，TR1生长量略高于TR2；尤其在6—7月，新梢生长速度明显快于对照，8月上旬生长速度减缓，处理与对照趋势相同(图 2C、D)。试验结束时，CO₂浓度升高处理极显著增加新梢生长净生长量，但两处理间差异极不显著，TR1处理增加效果略高于TR2(表 1)。综上，CO₂浓度升高促进宁夏枸杞营养生长，植株长势更好。

图 2 CO2浓度升高对宁夏枸杞苗高(A)、地径(B)、新梢(C、D)的影响 Fig. 2 Effects of elevated CO2 concentrations on the height(A), ground diameter(B) and new-tip(C, D) of L.barbarum

表 1 CO₂浓度升高下宁夏枸杞净生长量的变化^① Tab.1 Effects of elevated CO₂concentrations on net growth of L. barbarum

表 1 CO2浓度升高下宁夏枸杞净生长量的变化① Tab.1 Effects of elevated CO2concentrations on net growth of L. barbarum 处理 Treatments 生长指标Growth index 苗高 Height/cm 地径 Ground diameter/cm 新梢长度 New-tip length/cm 新梢粗度 New-tip diameter/cm CK 104.68±21.325 4C 4.81±1.101 0B 53.05±7.788 6B 1.01±0.397 5B TR1 116.90±11.337 0B 7.46±0.608 3A 79.87±4.703 6A 2.21±0.675 3A TR2 124.20±7.815 9A 7.82±0.647 0A 78.11±11.618 4A 1.99±0.444 9A ①同栏中不同小写字母的数据在0.05水平上差异显著，大写字母的数据在0.01水平上差异显著。下同。Values in a column followed by different lower-case letters are significantly different at P < 0.05, different capital letters are significantly different at P < 0.01. The same blow.

由图 3可知，CO₂浓度升高显著增大果实横径，夏果与秋果较对照分别增加2.97%、6.15%和6.17%、9.25%，处理间无差异性。果实纵径在处理下略有增加，对秋果影响较明显，分别增加7.25%和8.91%，但差异不显著。夏果单果质量较对照分别增加5.41%和39.19%，差异不显著，秋果分别增加24.68%和29.87%，且差异显著。由此可知，长期高CO₂浓度处理对宁夏枸杞果实形态影响较大，增大果实纵横径及单果质量，改善果实外观品质。

图 3 CO2浓度升高对果实纵横径和单果质量的影响 Fig. 3 The effects of elevated CO2 concentrations on trasverse diameter, longitudinal diameter and weight of fruit 图中不同小写字母的数据在0.05水平上差异显著，大写字母的数据在0.01水平上差异显著。下同。 Values in a column followed by different lower-case letters are significantly different at P<0.05, different capital letters are significantly different at P<0.01. The same blow.

CO₂浓度升高对果实各糖分含量均有影响，但处理间存在差异(表 2)。CO₂浓度升高显著增加夏果果糖含量，较对照分别增加12.33%和1.97%；秋果果糖含量降低，TR2差异显著。CO₂浓度升高显著降低夏果、秋果葡萄糖含量，TR2处理下降最为明显，分别降低4.84%和6.03%。夏果果实蔗糖含量在两处理下均低于对照；秋果在TR1处理下较对照显著降低14.23%，但TR2增加12.43%。夏果、秋果枸杞总糖含量在两处理下均显著低于对照，夏果较对照分别降低10.68%和13.01%，秋果分别降低3.79%和4.09%。除这3种糖外，宁夏枸杞果实中还存在其他种类小分子可溶性糖，但葡萄糖、果糖、蔗糖三者总含量占宁夏枸杞总糖含量85%以上，可认为葡萄糖、果糖和蔗糖为宁夏枸杞总糖的主要糖分。

表 2 CO₂浓度升高对宁夏枸杞果实糖含量的影响 Tab.2 Fruit sugar content of L. barbarum to various treatments

表 2 CO2浓度升高对宁夏枸杞果实糖含量的影响 Tab.2 Fruit sugar content of L. barbarum to various treatments 月份 Month 处理 Treatments 果糖Fructose/ (mg·g-1 FW) 葡萄糖Glucose/ (mg·g-1 FW) 蔗糖Sucrose/ (mg·g-1 FW) 总糖Total sugar/ (mg·g-1 FW) 8 CK 46.71±0.447 9 c 44.07±0.940 1 a 6.53±0.630 0 a 118.66±2.833 8 a TR1 52.47±0.223 7 a 40.83±0.877 4 b 6.35±0.538 4 a 105.87±1.648 1 b TR2 47.63±0.330 1 b 41.79±0.720 6 b 4.94±0.568 9 b 103.22±2.054 3 b 9 CK 38.18±0.854 5 a 42.60±0.265 8 a 5.23±0.460 9 a 100.66±0.930 9 a TR1 37.65±0.466 9 ab 41.47±0.295 0 b 4.37±0.448 4 b 96.86±0.450 8 b TR2 36.66±0.221 2 b 40.50±0.440 7 c 5.88±0.187 4 a 96.55±0.433 9 b

枸杞多糖、黄酮等是宁夏枸杞果实中主要活性物质，其含量将影响宁夏枸杞的品质及功效。由图 4可知，枸杞多糖含量随CO₂浓度升高而降低，夏果枸杞多糖含量低于对照但差异不显著，秋果多糖含量在TR2处理下显著降低8.42%；黄酮含量在处理下低于对照，秋果较为明显，比对照分别降低16.62%和18.35%，差异显著。试验结果表明：CO₂浓度升高，宁夏枸杞果实活性物质含量降低，对果实品质有一定影响。

图 4 CO2浓度升高对果实活性物质含量的影响 Fig. 4 The effects of elevated CO2 concentrations on active material content of fruit

通过对果实中活性物质与主要糖分含量的相关性分析(表 3)可知，枸杞多糖含量与果糖、葡萄糖和蔗糖含量均呈正相关；黄酮与各糖分含量均呈正相关关系，与总糖和葡萄糖含量达极显著水平；枸杞总糖与各糖分含量均呈正相关且相关性较大，与葡萄糖和果糖表现为极显著相关。此外，各活性物质之间呈极显著高度正相关。综上，可认为葡萄糖和果糖含量的高低对果实活性物质含量有影响。

表 3 果实活性物与糖含量相关性分析^① Tab.3 The correlation analysis between active material and sugar contents of fruits

表 3 果实活性物与糖含量相关性分析① Tab.3 The correlation analysis between active material and sugar contents of fruits 相关指标 Correlation index 枸杞多糖 Polysaccharide 黄酮 Flavonoids 总糖 Total sugar 果糖 Fructose 葡萄糖 Glucose 蔗糖 Sucrose 枸杞多糖 Polysaccharide 1 0.821** 0.841** 0.328 0.313 0.567 黄酮 Flavonoids 1 0.929** 0.506 0.671** 0.537 总糖 Total sugar 1 0.670** 0.610** 0.462 ①“**”表示0.01水平显著相关。“**”stands for significantly correlation at 0.01 level.

Ivr是一种水解酶，又称蔗糖酶，主要调节植物生长发育和器官建成，是与蔗糖代谢密切相关的一种酶，主要包括酸性转化酶(AI)和中性(或称碱性)转化酶(NI)2种。由图 5可知，CO₂浓度升高增加宁夏枸杞果实Ivr活性。两处理均极显著提高夏果AI活性，较对照分别高40.34%和79.62%，处理间差异极显著；秋果AI活性在处理下呈增加趋势，差异显著。TR1处理下，NI活性较对照略有提高但无显著性差异，TR2极显著提高了夏果和秋果酶活性，较对照分别高27.23%和15.66%。所以，CO₂浓度升高，尤其浓度升高1倍处理下，宁夏枸杞果实Ivr活性显著增加。

图 5 转化酶活性变化 Fig. 5 The change of invertase activity in the fruits

SPS是一种可溶性酶，在蔗糖代谢中起着重要的作用。由图 6可知，CO₂浓度升高影响了果实SPS活性。两处理均显著提高夏果果实SPS活性，较对照分别高12.2%和25.61%，但两处理间差异不显著；CO₂浓度升高降低秋果果实SPS活性，但差异不显著。

图 6 蔗糖磷酸合成酶活性变化 Fig. 6 Change of sucrose phosphate synthase activity in the fruits

SS是一种可溶性酶，是蔗糖代谢的关键酶。由图 7可知，CO₂浓度升高显著提高夏果SS合成方向酶活性，较对照分别提高34.12%和24.71%，但两处理间无显著差异；秋果酶活性呈降低趋势，分别降低22.77%和60.09%，差异极显著(图 7A)。对于SS分解方向，TR1显著提高夏果酶活性，比对照高25.27%，TR2略高于对照，差异性不显著；两处理均极显著降低秋果酶活性，较对照分别降低16.28%和19.77%(图 7B)。综上，CO₂浓度升高提高夏果SS酶活性，降低秋果酶活性。

图 7 蔗糖合成酶活性变化 Fig. 7 Change of sucrose synthase activity in the fruits

CO₂又作为植物参与光合作用重要原料，其浓度升高将促进光合作用底物供应，加快光合作用的进行，从而促进植物生长(赵天宏等, 2006)。气候变化显著特征之一就是CO₂浓度升高，近年来CO₂浓度升高对植物生长发育的影响已经引起广泛关注。有研究表明，CO₂浓度升高可有效增加番茄(魏珉等, 2000)、黄瓜(Cucumis sativus)(刘洋等, 2018)等的苗高、茎粗和产量等指标。本试验在开顶气室中对宁夏枸杞苗木进行CO₂浓度升高处理，结果表明：CO₂浓度升高，植株苗高、地径、新梢加长和加粗生长速率加快，试验结束时，生长量显著增加，2种CO₂浓度处理均能促进植株营养生长。CO₂浓度升高对果实纵横径、单果质量、糖含量等果实品质方面的影响，在辣椒(Capsicum annuum)(袁蕊等, 2017)，番茄(岳钉伊等, 2018; 李方民等, 2006)，甜瓜(Cucumis melo)(刘义玲等, 2013)，蓝莓(Vaccinium spp.)(姜爱丽等, 2011)等果蔬上均有研究。本研究中，CO₂浓度升高促进宁夏枸杞果实的生长发育，果实单果质量和纵横径增大，单果质量是增产的基础，它的高低直接影响总产量。其原因可能是CO₂改善了气室内的空气状况，提高了枸杞植株的光合速率和水分利用率等(石元豹等, 2016; 侯晶东等, 2012)。

糖分是果实的重要组成部分，果实内糖的种类及其含量的高低决定了果实的内在品质，果实中糖分一般主要由葡萄糖、果糖和蔗糖组成，如苹果(Malus domestica)主要包含葡萄糖、果糖和蔗糖，樱桃(Prunus pseudocerasus)以葡萄糖和果糖为主，而杨梅(Myrica rubra)中蔗糖含量最高(Schmitzeiberger et al., 2012; 胡丽松等, 2017)。与很多水果一样，枸杞果实中也含有丰富的糖类物质，最主要的就是葡萄糖与果糖(闫秀梅等, 2010)。本试验表明，CO₂浓度升高处理下，宁夏枸杞果实中葡萄糖与果糖含量降低，且差异显著，影响果实营养品质；这可能是由于光合产物运输到果实后参与的代谢发生变化，果实中的糖含量减少，其机制还需进一步深入研究。此外，成熟果实内糖分积累主要以葡萄糖和果糖为主，同时葡萄糖和果糖总含量占枸杞总糖含量80%以上，进一步说明枸杞主要累积糖分为己糖。

宁夏枸杞果实中含有枸杞多糖、黄酮等活性物质使枸杞具有抗氧化、抗辐射、抗肿瘤、抗衰老、保护肝细胞及促进免疫等功能。分别对夏果和秋果果实活性物质含量测定结果显示，枸杞多糖及黄酮含量均降低，在CO₂浓度升高1倍下差异最显著。枸杞多糖与总糖含量与葡萄糖、蔗糖、果糖含量间均具有相关性(郑国琦, 2008)，这与本试验结果一致。枸杞果实活性物质含量与葡萄糖、果糖、蔗糖和总糖含量呈正相关，其中枸杞总糖与各含量相关性较强，说明枸杞蔗糖代谢对果实活性物质的形成有一定影响。

果实中的糖经过一系列复杂的变化，最终以不同的形式存在于果实中，从而具有不同的果实风味，蔗糖代谢在这一系列代谢过程中对果实糖分组成的影响最为显著，蔗糖是碳运输的重要形式，蔗糖代谢相关酶的活性是果实库强的重要生理标志(曹兵等, 2017)。对杧果(Mangifera indica)、柑橘(Citrus reticulata)和桃(Amygdalus persica)研究表明，蔗糖代谢相关酶与糖积累之间存在紧密联系(戚行江等, 2017; Farrar et al., 2000)。本研究的蔗糖代谢相关酶主要有Ivr，又称蔗糖酶，可分为AI和NI，SS包括分解方向与合成方向以及SPS(张明方, 2002; Sun et al., 1992)。宁夏枸杞在增施CO₂处理下AI、NI活性显著增加，促进果实糖代谢，这与吴洋等(2018)对黄瓜的研究结果相同；夏果SPS和SS活性虽有所增加但部分差异不显著，秋果降低幅度较为显著。通过对比宁夏枸杞不同成熟期果实中糖分含量和酶活性变化发现，CO₂浓度升高处理的宁夏枸杞夏季成熟果的蔗糖含量降低，但果糖含量增加，这可能是由于CO₂浓度升高极显著提高AI和NI活性，促进了蔗糖水解；秋季成熟果实的AI、NI活性较对照较高，SPS和SS活性较对照显著降低，果糖、葡萄糖和蔗糖含量较对照均显著降低。因此，长期高CO₂浓度处理影响宁夏枸杞果实蔗糖代谢酶活性，果实中糖含量减少；但有关高CO₂浓度对宁夏枸杞果实糖代谢的影响机制还有待从分子水平上进一步研究揭示(Ma et al., 2019)。

CO₂浓度升高可提高C₃植物的光合利用效率，改善土壤理化性质，对植物有一定“施肥”效应(郑凤英, 2001)。但长期高CO₂浓度处理下，净光合速率发生变化，影响光合产物分配和果实营养品质。因此，在未来气候变化背景下，应加强选育适应高CO₂浓度的优良品种、研发集成适应性栽培技术，深入研究与分析全球气候变化，特别是大气CO₂浓度升高对木本植物果实品质形成的影响机制。

CO₂浓度升高，促进宁夏枸杞植株营养生长，果实单果质量与纵横径增大，有利于改善果实外观品质，但长期高浓度处理下，果实糖分含量和活性物质含量降低，蔗糖代谢相关酶活性发生变化，影响果实的营养品质。