不同土壤含水量對油橄欖幼苗生理特性的影響

杜晉城，李欣欣，葉 敏，王麗華，王澤亮，李紅艷，慕長龍

（1.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081；2.四川師范大學(xué)附屬第一學(xué)校，四川 成都 610066；3.重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，重慶 400036）

油橄欖(Olea europaeaL.)，又名齊墩果、阿列布，屬木樨科常綠小喬木，是世界上著名的高產(chǎn)、高效和優(yōu)質(zhì)的木本油料樹種，具有很高的經(jīng)濟價值，素有“植物油皇后”美譽[1]。中國自1964年正式引種油橄欖，經(jīng)過50多年的試驗研究，確定并劃分了油橄欖在中國的適生區(qū)[2-3]，其中水分的時空分布是進行適生區(qū)劃分的重要參考因素之一。水分含量會影響油橄欖的生長、產(chǎn)量及其品質(zhì)[4-5]，且水分也是一些地區(qū)發(fā)展油橄欖產(chǎn)業(yè)的限制性因子[6]。四川省作為油橄欖主要栽培地區(qū)，引種栽培油橄欖已有20多年的歷史，現(xiàn)保存有油橄欖樹200萬株，占全國總株數(shù)的50%，產(chǎn)量居全國首位，占80%；同樣面臨著季節(jié)性降水分配不均和極端天氣而造成土壤水分含量缺少的威脅[7]。國內(nèi)學(xué)者研究表明，水分對作物的各個代謝活動都有重要作用，水分含量必然會影響其生理代謝活動，最終對生長、產(chǎn)量及品質(zhì)造成影響[8-9]，且因水分含量引起的作物生長受阻和產(chǎn)量減少均超過其他各種脅迫的總和[10]。有研究表明，水分脅迫下，夏玉米葉片葉綠素含量、光合面積、光合速率、蒸騰速率減少，引起果穗性狀惡化，導(dǎo)致玉米產(chǎn)量大幅下降，嚴重水分脅迫可導(dǎo)致玉米成熟期推遲[11]。在連續(xù)干旱處理下，3種常用園林樹木陰香、山杜英和鐵冬青的莖葉部分均出現(xiàn)了不同的受害癥狀；與對照組相比，3種樹木的株高、地徑、總根長、根表面積、根體積均顯著下降，比葉面積均有不同程度的下降；葉厚度、葉干物質(zhì)含量和葉組織密度有不同程度的增加。山杜英和陰香的根冠比在干旱脅迫下均顯著增大；山杜英的凈光合速率較對照顯著上升，鐵冬青和陰香的凈光合速率較對照顯著下降。隨著脅迫時間的延長，山杜英和鐵冬青的丙二醛（MDA）含量呈上升趨勢；陰香和鐵冬青的超氧化物歧化酶（SOD）活性先升高后下降；3種樹木的可溶性蛋白含量總體呈上升趨勢；山杜英和鐵冬青的葉綠素含量總體呈上升趨勢[12]。因此，研究土壤不同水分含量下油橄欖生理變化的差異，并在此基礎(chǔ)上開展以水分管理為主的栽培試驗，這對于我國油橄欖產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展及各地因地制宜的引種適宜油橄欖品種具有一定的參考價值。本試驗采用人工控制土壤含水量的方法，開展水分脅迫對油橄欖幼苗的生理特性影響的研究，旨在尋求油橄欖幼苗生長最適宜的水分條件，為油橄欖精準節(jié)水栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗選擇長勢基本一致、管理水平相當?shù)?年生盆栽豆果幼苗為試驗材料。

1.2 試驗方法

于2019年3月把1年生，生長健壯、大小相同，苗高約1米且無病蟲害的45株幼苗移栽于裝有5 kg混合土的花盆中（25 cm×30 cm），每盆種植1株油橄欖幼苗。油橄欖幼苗移栽至花盆內(nèi)后立即用水澆透，并將其放置在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝教學(xué)樓實驗避雨大棚內(nèi)養(yǎng)護，保證其能存活，養(yǎng)護期間進行正常管理。試驗期間環(huán)境溫度在13～30 ℃，濕度在45%～60% rh,光照在2 000～50 000 Lux。1個月后挑選其中36株生長健壯的油橄欖幼苗開始水分脅迫試驗。試驗共設(shè)置了6個處理，分別是：土壤含水量為80%（CK）、70%、60%、50%、40%和30%。從2019年4月1日試驗處理開始，固定每月20號取樣1次，并對其各項生理指標連續(xù)進行8次測定，每個處理6株，單株為重復(fù)，每個處理重復(fù)3次。于11月20日結(jié)束試驗。

當土壤含水量達到相應(yīng)的80%、70%、60%、50%、40%及30%水分梯度后，每天傍晚18:00—19:00采用整體稱重法（盆栽幼苗+土壤質(zhì)量）[13]補充水分以保持相應(yīng)的土壤水分含量。水分含量試驗開始后，每一盆試驗盆栽的土壤表面用塑料布進行遮蓋，防止水分蒸發(fā)，盆下放入托盤，防止水分流失。土壤含水量以田間持水量為基準，田間最大持水量采用環(huán)刀法取試驗用土測得為15.43%。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 生長指標

苗高、地徑：用鋼卷尺和電子游標卡尺測定。

1.3.2 生理指標測定

采用李合生[14]的方法測定各項生理指標，生理指標測定采用不同枝條上完全展開的第5～6片真葉。用氮藍四唑(NBT)光還原法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性，用愈創(chuàng)木酚比色法測定過氧化物酶(POD)活性，用高錳酸鉀滴定H2O2法測定過氧化氫酶(CAT)活性，用硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛(MDA)含量，用水合茚三酮顯色法測定脯氨酸(Pro)含量，用考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量，用電導(dǎo)儀測定相對電導(dǎo)率，用丙酮-乙醇混合(1∶1)浸提法測定光合色素含量(葉綠素a含量、葉綠素b含量、類胡蘿卜素)，葉綠素總量=葉綠素a含量+葉綠素b含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件處理，SPSS 20.0軟件進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤含水量對油橄欖葉片光合色素含量影響

油橄欖幼苗葉片光合色素含量高低影響其生長及生物量積累，且隨著土壤含水量的降低，油橄欖葉片光合色素含量下降，從而抑制了植株的光合效率，使其生長弱化。由表1可知，隨著土壤含水量逐漸減少，油橄欖幼苗片光合色素含量大體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。不同土壤含水量下，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均表現(xiàn)出顯著變化。在土壤含水量保持在70%處理時，葉綠素a含量和葉綠素b含量為最高，土壤含水量保持在30%處理時為最低，土壤含水量70%處理較30%處理分別增加了54.57%（P＜0.05）和94.36%（P＜0.05）；土壤含水量70%處理較80%處理分別增加了13.37%（P＞0.05）和22.89%（P＜0.05）。在土壤含水量保持在60%處理時，類胡蘿卜素含量為最高，土壤含水量30%處理時為最低，土壤含水量60%處理較30%處理增加了58.54%（P＜0.05），土壤含水量60%處理較80%處理增加了8.71%（P＜0.05）。就葉綠素總量而言，土壤含水量70%處理時最佳，土壤含水量30%時處理最低，較30%和80%處理分別增加了64.32%（P＜0.05）和14.18%（P＜0.05）。

表1 不同土壤含水量對油橄欖葉片光合色素含量影響Table 1 Effects of different soil water content on photosynthetic pigment content of olive leaves

2.2 不同土壤含水量對油橄欖葉片抗氧化酶含量影響

油橄欖幼苗在不同土壤含水量下，其葉片抗氧化酶活性表現(xiàn)出較大差異。由表2可知，在不同土壤含水量下，對油橄欖葉片抗氧化酶活性有著不同的影響。在土壤含水量保持在70%和80%時，POD活性無顯著性變化；在土壤含水量保持在40%、50%和60%時，POD活性無顯著性變化。在土壤含水量保持在70%時，POD活性為最高，土壤含水量30%時為最低，土壤含水量70%處理較30%處理的活性提高了75.09%（P＜0.05），較土壤含水量80%處理的活性提高了2.96%（P＞0.05）；在不同的土壤含水量處理下，CAT和SOD活性均無顯著性差異。在土壤含水量保持在60%時，葉片CAT和SOD活性為最高，土壤含水量30%時為最低，土壤含水量60%較30%的處理活性分別提高了37.22%（P＞0.05）和29.18%（P＞0.05）。土壤含水量60%處理較80%的處理活性分別提高了5.59%（P＞0.05）和8.25%（P＞0.05）。

表2 不同土壤含水量對油橄欖葉片抗氧化酶活性影響Table 2 Effects of different soil water content on antioxidant enzyme activity of olive leaves

2.3 不同土壤含水量對油橄欖滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)影響

油橄欖在不適宜的土壤含水量下生長時，能夠誘導(dǎo)代謝活動產(chǎn)生的各種有機物在植物體內(nèi)大量積累，以增大細胞液濃度，降低滲透勢，以便維持正常的生命活動。由表3可知，不同土壤含水量下，對油橄欖滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)有不同的影響。不同土壤含水量下，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均表現(xiàn)出顯著性變化。在土壤含水量保持在30%時，MDA含量為最高，土壤含水量70%處理時為最低，土壤含水量30%處理較土壤含水量70%處理增加了62.00%（P＜0.05）；土壤含水量70%處理時MDA含量較土壤含水量80%處理減少了6.91%（P＜0.05）。在土壤含水量保持在60%時，脯氨酸含量為最高，土壤含水量30%處理時為最低，土壤含水量60%處理較土壤含水量30%處理增加了37.20%（P＜0.05）；土壤含水量60%處理時脯氨酸含量較土壤含水量80%處理增加了8.86%（P＜0.05）。在土壤含水量保持在70%時，可溶性蛋白含量為最高，土壤含水量30%處理時為最低，土壤含水量70%處理較土壤含水量30%處理增加了172.04%（P＜0.05）；土壤含水量70%處理較土壤含水量80%處理增加了25.21%（P＜0.05）。在土壤含水量保持在60%時，電導(dǎo)率為最高，土壤含水量30%處理時為最低，土壤含水量60%處理較土壤含水量30%處理增加了61.94%（P＜0.05）；土壤含水量60%處理較土壤含水量80%處理增加了17.14%（P＜0.05）。

表3 不同土壤含水量對油橄欖滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響Table 3 Effects of water content of different soil on osmotic regulatory content of olive leaves

3 討 論

光合色素是植物葉片進行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量的高低能反映植物的生長狀況和葉片光合能力[15]。光合色素中包括葉綠素（葉綠素a和葉綠素b）和類胡蘿卜素，其中葉綠素是植物進行光合作用的主要化學(xué)物質(zhì)，是光合作用的必要條件[16]。土壤水分含量會顯著的影響光合色素含量，可造成植物光合色素含量明顯下降[17]。本試驗中，油橄欖幼苗在水分脅迫較重時，光合色素含量顯著減少，且處于相對較低的水平，在水分脅迫較輕時，光合色素含量增加，這表明重度水分脅迫不利于油橄欖幼苗光合色素含量的合成，水分脅迫較輕可起到促進作用，和前人在其它品種油橄欖上的研究表現(xiàn)相似[18]。在有些研究中也出現(xiàn)了水分脅迫下葉綠素含量上升的情況，這可能是在水分脅迫下，引起葉片葉綠素變化的因素有很多，如植物種類不同而造成的反應(yīng)差異、試驗條件和處理方法的不同等[19]。

研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫會加劇油橄欖細胞的脂質(zhì)過氧化，破壞細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，而由水分脅迫引起的植物細胞內(nèi)自由基代謝平衡失調(diào)是造成膜脂過氧化的主要原因[20]。SOD、POD和CAT酶是植物體內(nèi)清除超氧陰離子和過氧化的重要保護酶，生長環(huán)境干旱脅迫到一定的程度時，SOD、POD和CAT保護酶有較好的協(xié)同效應(yīng)，共同抵御脅迫造成的膜傷害，表現(xiàn)出較強的自我調(diào)節(jié)能力[21-22]。植物在大多數(shù)的環(huán)境脅迫下，抗氧化酶活性的變化多是隨著脅迫強度增大而出現(xiàn)“先升后減”的情況[23-24]。本試驗中，SOD、POD和CAT保護酶活性在較輕的水分脅迫下出現(xiàn)先上升后隨著脅迫的加劇逐漸下降，和前人在鄂植8號等其它品種的油橄欖上的研究表現(xiàn)相似[25]。這可能是因為，一定干旱脅迫可以刺激植物體內(nèi)SOD、POD和CAT等保護酶的活性，使得植物可以更好地適應(yīng)外界干旱生長環(huán)境，當干旱程度繼續(xù)加重時，油橄欖通過酶促抗氧化機制來維持活性氧自由基的平衡能力有限，持續(xù)的重度水分脅迫使油橄欖葉片中積累的活性氧超出了其清除能力，超過了油橄欖葉片保護酶系統(tǒng)的承受程度，SOD、POD和CAT保護酶的活性均出現(xiàn)下降[26-27]。

滲透調(diào)節(jié)是通過增加細胞溶質(zhì)濃度以降低滲透勢使膨壓保持穩(wěn)定，從而保持水分以及細胞內(nèi)各生理活動的正常進行，進而緩解水分脅迫[28]。MDA是植物發(fā)生膜脂過氧化后的產(chǎn)物，可以作為判斷發(fā)生膜傷害的指標，水分脅迫發(fā)生時MDA含量的變化可以反應(yīng)出植物受脅迫后的傷害程度[27]。本試驗中，在水分輕度脅迫時，MDA含量減少，但隨著水分脅迫的加劇，MDA含量逐漸增多，而可溶性蛋白含量則表現(xiàn)出相反趨勢，和前人在燕麥上的研究結(jié)果相似[28]。這可能是因為，水分脅迫加劇會導(dǎo)致細胞膜脂過氧化程度的加劇，使得MDA含量增加，隨之加劇細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的代謝速度，導(dǎo)致可溶性蛋白質(zhì)含量的減少。Pro參與植物的滲透調(diào)節(jié)作用，使得植物能保證體內(nèi)各種代謝活動的正常進行，減少逆境下的傷害[29]。關(guān)于油橄欖在逆境下，葉片中脯氨酸大量積累的報道有很多[30]。如前人研究發(fā)現(xiàn)，抗旱性強的品種葉片中脯氨酸積累量相對較多[31]。本試驗中，隨著干旱處理程度的加劇，Pro含量先增加后減少，在60%水分處理時達到峰值。這說明，當油橄欖葉片受到干旱脅迫時，會進行自身滲透物質(zhì)的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)干旱脅迫；隨著脅迫程度的加劇，植物無法繼續(xù)適應(yīng)加劇的干旱環(huán)境，體內(nèi)生理活動程度減弱，導(dǎo)致脅迫Pro含量逐漸減少。本試驗存在的局限在于試驗樹不能完全一致，盡管選擇的大小基本一致，但還是存在差異，且土壤含水量因每盆揮發(fā)程度不同，對試驗結(jié)果也會造成一定影響。下一步研究方向是土壤含水量對油橄欖含油量的影響。

4 結(jié) 論

通過研究油橄欖幼苗生長過程中土壤水分含量與葉片生理特性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著土壤含水量的減少，油橄欖葉片葉綠素a含量、類胡蘿卜素含量、葉綠素總量、葉片抗氧化酶活性、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量和電導(dǎo)率均呈現(xiàn)先增后降的趨勢。在土壤含水量70%時，葉綠素總量、可溶性蛋白含量和POD活性均為最高，在土壤含水量30%時，均為最低。70%處理的葉綠素總量、可溶性蛋白含量及POD活性較80%處理分別增加了14.18%、25.21%和2.96%。在土壤含水量60%時，類胡蘿卜素含量、脯氨酸含量、CAT和SOD活性均為最高，在土壤含水量30%時，均為最低。60%處理的類胡蘿卜素含量、脯氨酸含量較80%處理分別增加了8.71%和8.86%。在不同的土壤含水量下，油橄欖葉片MDA含量呈先降后增的趨勢，在土壤含水量70%時最低，在土壤含水量30%時最高，70%處理時MDA含量較80%處理減少了6.91%。綜合來看，油橄欖幼苗生長土壤含水量以60%～70%較為適宜，土壤含水量低于30%時應(yīng)及時補充水分。