土壤干旱及生草間作對油橄欖光合特性的影響

朱紹丹　陳麗　焦健　李朝周　劉文蘭　趙陽

摘要：為研究土壤干旱、生草間作交互作用對油橄欖光合特性的影響，并結合相關研究，探討其內在機制，設置土壤干旱脅迫的水分梯度，以不同生草間作的盆栽油橄欖幼苗為研究對象，使用便攜式LI-6400光合儀測定油橄欖的主要光合參數，并測定葉片含水量、光合色素含量、RuBP羧化酶活性及根系活力。結果表明，隨著土壤干旱脅迫程度加劇，油橄欖葉片含水量.光合色素含量有一定程度的下降;凈光合速率及RuBP羧化酶活性在土壤含水量由18%下降到15%時差異不顯著，由12%下降到9%時顯著下降。干旱條件下間作生草相比不間作對照組提高了油橄欖根系活力且降低了葉片的蒸騰速率，從而提高了葉片含水量;油橄欖葉片的凈光合速率、水分利用效率、光合色素含量和RuBP羧化酶活性也有一定的提高，以土壤含水量12%且間作白三葉+百喜草效果最佳。說明，土壤含水量為12%且間作百喜草+白三葉有利于改善油橄臨對水分的吸收和光合色素積累，從而提高葉片的光合能力。關鍵詞：干旱;生草間作;油橄欖;光合特性

中圖分類號：S565.7

文獻標識碼：A

文章編號：1000-4440（2019）02-0282-07

油橄覽（Olea europaea L.）屬木犀科（Oleaceae）木犀欖屬（Olea），常綠喬木，主要分布在北緯45°到南緯37°之間，在世界各國均引種栽培，盛產于地中海氣候區(qū)。中國從上世紀60年代開始，種植面積和范圍逐年增加，已有十多個省份種植。油橄欖的大量引種可以扭轉中國橄欖油主要依靠進口的局面，還可改善國民飲食結構，鞏固和提高植被覆蓋率，保護生態(tài)脆弱區(qū)的環(huán)境，促進相關地區(qū)農民的脫貧與增收，因此發(fā)展油橄欖產業(yè)勢在必行。目前，隴南山區(qū)的油橄欖種植主要集中在武都區(qū)的白龍江川壩河谷及半山區(qū)，武都區(qū)的油橄欖主要種植區(qū)大多都是不便于灌溉的山地，且武都地區(qū)氣候特征獨特，所以干旱導致油橄欖生長發(fā)育不理想，因此探索增強油橄欖抗旱性的研究是油橄欖研究中必不可少的基礎性研究。

種植生草是果園間作生草的重要技術之一，有研究結果表明，果園生草間作增加了土壤養(yǎng)分和水容量，同時增加了土壤有機質含量，改善了果園微生態(tài)環(huán)境，保護了天敵種群，促進水果無污染生產，已成為現代生態(tài)果園種植技術。孫守家等對華北石質山區(qū)核桃-綠豆復合系統(tǒng)的研究結果表明，核桃-綠豆農林復合系統(tǒng)中，干旱季節(jié)綠豆的葉片水勢和光合速率及土壤含水量在清晨顯著高于單作，說明間作綠豆相比單作綠豆具有更好的水分條件。中國關于生草間作在上世紀末以綠色果品生產技術在全國范圍進行推廣，但推廣的面積占果園面積的比例不足10%，間作生草依舊處于小面積試驗階段，究其原因主要還是對生草的認識及技術儲備不足。

中國的油橄欖園主要分布在低山河谷地帶，土壤中有機質含量偏低，油橄欖園間作生草，對于增加果園土壤有機質含量，改變土壤理化和生物學性質具有重要意義。光合作用是植物合成有機化合物的重要生理過程，是油橄欖生長發(fā)育重要的生理基礎，為此我們在前期關于生草影響油橄欖生長發(fā)育及果園土壤條件的基礎上，開展不同干旱條件下間作不同生草影響油橄欖光合生理指標的試驗，根據本試驗及他人的相關研究結果探討生草間作對油橄欖光合特性的影響及其相關機制，為油橄欖間作生草提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

1.1.1 試驗材料試驗選取甘肅省隴南市武都區(qū)康源油橄欖科技開發(fā)公司油橄欖種植基地（海拔800m，東徑104°94'，北緯33943'）的油橄欖幼苗為試驗材料，供試品種為萊星（Arbequina，原產地西班牙），樹齡2年，于2017年5月在甘肅農業(yè)大學林學院試驗基地進行盆栽試驗。盆栽試驗土為壤土（速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為24mg/kg、240mg/kg、130mg/kg;pH值7.9）。培養(yǎng)前期（5月2日-8月8日）采用稱質量法控制土壤含水量在15%左右。試驗間作生草設3個處理：1.間作百喜草（Paspalum notatum Flugge），品種為Pensacola A33;2.間作白三葉（Trifolium repens L.），品種為海發(fā)（Haifa）;3.間作百喜草+白三葉，對應生草品種同.上，用量各減半。草種購于甘肅省農業(yè)科學院。

1.1.2 試驗設計5月2日選取長勢一致的油橄欖苗栽到48個直徑25cm，高30cm的花盆內，每盆栽植3株。將所有花盆分成4個間作處理組，每組12盆;以不間作為對照，分別間作百喜草、白三葉和百喜草+白三葉。在8月9日生草已充分生長且基本覆蓋花盆時，上述每個間作處理組再分成對照、輕度干旱、中度干旱、重度干旱4個土壤水分處理小組，土壤含水量分別為18%、15%、12%和9%左右，每處理小組3盆平行試驗。于每天上午8：00-10：00供應相應水分使各進程達到相應的土壤含水量。不同水分處理21d后，從8月29日之后的2～3d內測定相關指標，各指標平行測定3次以上，取平均值并進行顯著性分析。為了充分利用試驗材料，各指標的測定順序為首先利用光合系統(tǒng)儀測定光合參數，再取葉片測定葉片含水量、RuBP羧化酶及光合色素含量，同時取根尖測定根系活力。

1.2 光合指標的測定

使用便攜式LI-6400光合儀，控制光合儀參比室中CO，濃度為（370+10）μmol/mmol，于8月29日上午11時，選擇油橄欖中部生長良好的成熟葉片測定光合參數，每張葉片重復3次，取平均值進行分析?？色@得葉片的凈光合速率（P，）、蒸騰速率（T，）、氣孔導度（G、）等光合指標，水分利用率（WUE）按照公式WUE=P，/T，進行計算。

1.3 葉片含水量的測定

摘取生長發(fā)育良好的葉片稱葉片鮮質量，于105C下殺青30min，80C下烘至恒質量，稱取干質量。

葉片含水量=（葉片鮮質量-葉片干質量）/葉片鮮質量x100%。

1.4 光合色素含量的測定

葉綠素含量與類胡蘿卜素含量的測定采用張金政等[13]的方法。將混合均勻葉片樣本洗凈去除中脈并切成碎片，每品種取3份做重復試驗，每份0.1g。提取液為95%乙醇：丙酮=1：1（體積比）的混合液，之后在UV-1800分光光度計下分別測定波長為663nm.646nm和470nm時的吸光值A、A和A，并通過公式計算葉綠素a（Chl.a）、葉綠素b（Chlb）和類胡蘿卜素（Car.）含量：葉綠素a含量（C.）=12.21A003-2.81Ao6;葉綠素b含量（C，）=20.13A6u6-5.03A63;類胡蘿卜素含量（Ca）=（1000.00470-3.27C.-104.00C，）/229。葉綠體色素含量（mg/g）=光合色素含量x提取液體積x稀釋倍數/樣品干質量。

1.5 RuBP羧化酶活性的測定

選取植株中部生長良好的葉片，采用液氮快速冷凍處理，之后在實驗室-40C冰箱低溫進行保存，以便于酶活性的測定。酶液制備：取葉片2g（洗凈，去中脈，吸去水分），提取液為Tris-HCl緩沖液（pH7.8），冰浴研磨，8層紗布過濾后，將濾液在HITACHI（20PR-52D）型離心機上于4C下10000g離心20min，棄沉淀，上清液為酶液。RuBP羧化酶活性的測定參照Lilley等的方法。反應液總體積為3ml，反應液中含有90.00μmol/L的Tris-HCl緩沖液（pH7.8）、10.00μmol/LMgCl2、0.36μmol/LEDTA、0.30μumol/LNADH、5.00μumol/LATP、7.50μmol/LC-P、20.00μmol/LNaHCO、過量的磷酸肌酸激酶、磷酸甘油酸激酶和磷酸甘油醛脫氫酶，以及適量稀釋的RuBP酶液。在25C下預熱10min，加入3.75umol/LRuBP為反應開始，立即計時，每30s測定1次340nm下的吸光度，以1min內的吸光度變化計算酶活性。

1.6 根系活力的測定

根系活力的測定參照Huang等的方法。

1.7 數據處理

采用Microsoft Excel2003進行數據處理、繪圖，采用SPSS17.0對數據進行差異顯著性測驗，選用Duncan's新復極差法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 土壤干旱及生草間作對油橄欖葉片含水量的影響

由圖1可知，隨著土壤含水量的下降，油橄欖葉片含水量顯著下降，其中在間作百喜草+白三葉的條件下，土壤含水量由18%降至9%時，葉片含水量相對降低了23.42%;在土壤含水量12%時，葉片含水量為56.50%，相比對照組（土壤含水量18%）降低了12.94%;土壤含水量15%時，葉片含水量降低了6.47%。生草間作在各種土壤水分條件下均在一定程度上提高了油橄欖葉片含水量，以間作百喜草+白三葉為最佳。其中在土壤含水量15%和12%的條件下，間作百喜草+白三葉的油橄欖葉片含水量分別比不間作對照組高出3.58%2.91%。由圖1可以看出同一土壤干旱條件下不同間作處理間油橄欖葉片含水量差異不顯著（P>0.05）。

2.2 土壤干旱及生草間作對油橄欖葉片光合色素含量的影響

由圖2和圖3可知，油橄欖葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量在土壤含水量15%的條件下較高，在12%時較低，在9%的條件下最低。其中油橄欖葉片葉綠素含量的下降幅度較小，類胡蘿卜素降低幅度較大，由對照組（土壤含水量18%）到土壤含水量9%時，葉綠素和類胡蘿卜素分別降低了29.31%、31.03%。與不間作對照相比，生草間作的油橄欖在各土壤含水量的葉綠素和類胡蘿卜素含量皆有提高。在間作百喜草+白三葉的條件下，土壤含水量12%時葉綠素含量和類胡蘿卜素含量相對不間作對照組分別提高了13.82%、12.50%;此時葉綠素含量和類胡蘿卜素含量提高幅度最大。

2.3 土壤干旱及生草間作對油橄欖葉片凈光合速率及氣孔導度的影響

由圖4和圖5可知，油橄欖葉片的凈光合速率和氣孔導度隨土壤含水量的下降總體呈下降趨勢，但這2個指標由對照組（土壤含水量18%）與土壤含水量15%的差異不顯著（P>0.05），之后隨著土壤含水量的下降顯著降低（P<0.05）;當土壤含水量9%時，油橄欖葉片氣孔導度及凈光合速率急速下降，分別比對照組（土壤含水量18%）降低了36.36%和52.42%。

除了在土壤含水量9%的條件下生草間作油橄欖葉片凈光合速率變化不顯著外（P>0.05），在其他各，土壤含水量條件下生草間作皆顯著提高了油橄欖葉片的凈光合速率。間作不同生草油橄欖葉片凈光合速率之間差異不顯著（P>0.05），以間作白三葉+百喜草最高，并顯著高于不間作對照，其中土壤含水量12%條件下間作白三葉+百喜草比不間作對照組提高了24.38%，此時提高幅度最大。

油橄欖葉片氣孔導度的變化受生草間作的影響，整體上表現為生草間作降低了油橄欖的氣孔導度，相比不間作對照組以間作百喜草+白三葉降低幅度最大，在18%和15%土壤含水量條件下差異達到顯著水平。其中在土壤含水量18%條件下間作白三葉+百喜草比不間作對照組降低了9.44%。在土壤含水量15%條件下間作白三葉+百喜草與不間作對照組對比降低幅度最大，降低了9.96%。在土壤含水量為12%時，間作白三葉+百喜草與不間作對照組對比僅僅降低了3.57%。

2.4 土壤干旱及生草間作對油橄欖葉片蒸騰速率和水分利用效率的影響

由圖6可知，油橄欖葉片的蒸騰速率隨著土壤含水量下降顯著降低（P<0.05）。當土壤水分由18%降至9%時，油橄欖蒸騰速率降低了58.44%。

其中土壤含水量12%時，相比對照組（土壤含水量18%）降低了29.87%。生草間作在一定程度上降低了油橄欖葉片的蒸騰速率，與不間作生草的油橄欖相比，當土壤含水量15%時葉片蒸騰速率下降幅度最大，此時達到顯著水平（P<0.05）。比較間作不同生草對油橄欖葉片蒸騰速率的影響，葉片的蒸騰速率以間作百喜草+白三葉降低幅度最大，在土壤含水量12%時與不間作對照組相比降低11.11%，但3種間作方式與不間作對照組間差異沒有達到顯著水平。

由圖7可知，油橄欖葉片的水分利用效率在不間作生草時以土壤含水量12%時最高（3.72μmol/mmol），相比對照組（土壤含水量18%）提高了15.53%。生草間作均提高了油橄欖葉片的水分利用效率，且以間作白三葉+百喜草提高幅度最大，當土壤含水量在18%、15%、12%、9%時，間作白三葉+百喜草，油橄欖葉片的水分利用效率分別提高了32.30%、32.34%、40.05%、20.87%。其中在土壤含水量12%條件下間作白三葉+百喜草提高幅度最大。

2.5 土壤干旱及生草間作對油橄欖葉片RuBP羧化酶活性的影響

RuBP羧化酶是光合作用中起主要作用的酶，隨著土壤含水量的下降，油橄欖葉片的RuBP羧化酶活性在不間作條件下總體下降（圖8）。當土壤含水量為15%和12%時，下降幅度較小，分別為1.69%9.76%。生草間作相對提高了油橄欖葉片的RuBP羧化酶活性，比較間作不同生草對油橄欖葉片的RuBP羧化酶活性的影響，以間作百喜草+白三葉提高幅度最大，在土壤含水量15%、12%條件下提高幅度最大，相比不間作對照組提高了13.38%和7.65%。

2.6 土壤干旱及生草間作對油橄欖根系活力的影響

根系活力的大小直接影響植物對水分和礦質營養(yǎng)的吸收，根系活力隨著土壤含水量下降逐步降低，尤其是當土壤含水量下降至9%時，根系活力大幅度降低，在不間作條件下比土壤含水量18%時下降了28.68%。土壤含水量在15%和12%時根系活力相比對照組（土壤含水量18%）下降幅度相對較小，分別下降了2.33%、8.92%（圖9）。因此油橄欖在土壤含水量9%時的重度干旱條件下根系活力較差，不利于生長發(fā)育。生草間作對油橄欖根系活力皆有不同程度的提高，對比間作不同生草間的根系活力，以間作白三葉+百喜草提高幅度最大，其中在12%的土壤含水量條件下相比不間作對照組提高幅度最大，提高了28.26%。

3 討論

本研究發(fā)現間作白三葉+百喜草對提高油橄欖葉片的光合能力效果最顯著，這可能與這2種生草間作更有利于油橄欖根系活力的提高密切相關，因為較高的根系活力有利于油橄欖對水分和礦質營養(yǎng)的吸收，甚至由此影響到氣孔運動和光合生理過程。

百喜草是AM菌的高親和性植物，菌根侵染率高，因此能增加土壤中AM真菌的種群數量，從而改良土壤的物理化學性質和促進作物對礦質營養(yǎng)的吸收。我們前期的研究結果證明，間作百喜草能夠提高油橄欖果園土壤微環(huán)境及其抗氧化能力，從而提高油橄欖的抗旱性，生草間作可以提高土壤相關酶活性，促進油橄欖菌根及叢枝真菌發(fā)育。楊宏偉等在油橄欖園間作百喜草后發(fā)現，油橄欖光合色素含量和細胞膜穩(wěn)定指數得到提高，且抑制了自由基積累，提高了滲透調節(jié)物質含量，提升了抗氧化酶活性，根系活力也相應提升，從而在整體，上增強了油橄欖的抗旱性。曾明等[21]研究結果也表明，在果園種植中選擇菌根侵染率高的草種，例如在柑桔園間作百喜草和白三葉，可以促進柑桔根系菌根形成，改善植株生理代謝。

中國所引種的油橄欖主要分布于甘肅和四川等低山河谷地帶，干旱和土壤有機質缺乏是油橄欖幼苗生長發(fā)育的限制因子。不同干旱程度試驗結果表明，隨著土壤含水量下降，特別是在土壤含水量下降至9%的時，油橄欖葉片的相對含水量大幅度下降，并造成油橄欖葉片光合色素含量的顯著下降，且在土壤含水量為9%時根系活力相比對照組顯著下降，因此在土壤含水量為9%的重度干旱下不利于油橄欖植株的生長發(fā)育。綜合試驗結果分析得出，當土壤含水量為12%時，油橄欖植株葉片的含水量提高，光合色素含量也得到提高，且根系活力得到提升，因此在中度干旱（12%）的條件下有利于油橄欖植株生長發(fā)育。

不同生草間作的試驗結果表明，與不間作對照相比，生草間作可以降低油橄欖葉片的蒸騰速率，在一定程度上，提高了油橄欖葉片的相對含水量。葉片的蒸騰速率主要受植物自身的水分狀況、氣孔的運動調節(jié)影響，相同水分條件下生草間作降低了油橄欖葉片的蒸騰速率，且以間作白三葉+百喜草效果最為顯著，這與生草間作相對提高了油橄欖葉片的含水量，提高水分利用率相呼應。結果表明間作百喜草+白三葉可以有效提高油橄欖葉片光合作用。

RuBP羧化酶作為決定植物光合碳代謝方向和效率的關鍵酶，葉綠體是作物進行光合作用的重要場所[16，RuBP羧化酶活性及葉綠體結構與植物光合速率密切相關，本試驗結果表明，不同的水分狀況及生草間作對油橄欖葉片的RuBP羧化酶活性有影響，當土壤含水量降至12%和9%時，油橄欖葉片的RuBP羧化酶活性顯著下降，與凈光合速率的下降相對應;生草間作相對提高了油橄欖葉片的RuBP羧化酶活性與凈光合速率，這與其水分狀況的改善及光合色素含量相對提高是相對應的。

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