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

（1.四川省林業科學研究院，四川 成都 610081；2.四川師范大學附屬第一學校，四川 成都 610066；3.重慶市林業科學研究院，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、高效和優質的木本油料樹種，具有很高的經濟價值，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[2-3]，其中水分的時空分布是進行適生區劃分的重要參考因素之一。水分含量會影響油橄欖的生長、產量及其品質[4-5]，且水分也是一些地區發展油橄欖產業的限制性因子[6]。四川省作為油橄欖主要栽培地區，引種栽培油橄欖已有20多年的歷史，現保存有油橄欖樹200萬株，占全國總株數的50%，產量居全國首位，占80%；同樣面臨著季節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]。國內學者研究表明，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、產量及品質造成影響[8-9]，且因水分含量引起的作物生長受阻和產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，導致玉米產量大幅下降，嚴重水分脅迫可導致玉米成熟期推遲[11]。在連續干旱處理下，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，并在此基礎上開展以水分管理為主的栽培試驗，這對于我國油橄欖產業的健康、可持續發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，為油橄欖精準節水栽培提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗選擇長勢基本一致、管理水平相當的1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后立即用水澆透，并將其放置在四川農業大學園藝教學樓實驗避雨大棚內養護，保證其能存活，養護期間進行正常管理。試驗期間環境溫度在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進行8次測定，每個處理6株，單株為重復，每個處理重復3次。于11月20日結束試驗。

當土壤含水量達到相應的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+土壤質量）[13]補充水分以保持相應的土壤水分含量。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，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刀法取試驗用土測得為15.43%。

1.3 測定內容與方法

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，用電導儀測定相對電導率，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 數據分析

所有數據采用Excel 2007軟件處理，SPSS 20.0軟件進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

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節物質影響

油橄欖在不適宜的土壤含水量下生長時，能夠誘導代謝活動產生的各種有機物在植物體內大量積累，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，對油橄欖滲透調節物質有不同的影響。不同土壤含水量下，滲透調節物質含量均表現出顯著性變化。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節物質含量的影響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基礎，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物質，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相似[18]。在有些研究中也出現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差異、試驗條件和處理方法的不同等[19]。

研究發現，水分脅迫會加劇油橄欖細胞的脂質過氧化，破壞細胞膜的結構和功能，而由水分脅迫引起的植物細胞內自由基代謝平衡失調是造成膜脂過氧化的主要原因[20]。SOD、POD和CAT酶是植物體內清除超氧陰離子和過氧化的重要保護酶，生長環境干旱脅迫到一定的程度時，SOD、POD和CAT保護酶有較好的協同效應，共同抵御脅迫造成的膜傷害，表現出較強的自我調節能力[21-22]。植物在大多數的環境脅迫下，抗氧化酶活性的變化多是隨著脅迫強度增大而出現“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相似[25]。這可能是因為，一定干旱脅迫可以刺激植物體內SOD、POD和CAT等保護酶的活性，使得植物可以更好地適應外界干旱生長環境，當干旱程度繼續加重時，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的承受程度，SOD、POD和CAT保護酶的活性均出現下降[26-27]。

滲透調節是通過增加細胞溶質濃度以降低滲透勢使膨壓保持穩定，從而保持水分以及細胞內各生理活動的正常進行，進而緩解水分脅迫[28]。MDA是植物發生膜脂過氧化后的產物，可以作為判斷發生膜傷害的指標，水分脅迫發生時MDA含量的變化可以反應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出相反趨勢，和前人在燕麥上的研究結果相似[28]。這可能是因為，水分脅迫加劇會導致細胞膜脂過氧化程度的加劇，使得MDA含量增加，隨之加劇細胞內蛋白質的代謝速度，導致可溶性蛋白質含量的減少。Pro參與植物的滲透調節作用，使得植物能保證體內各種代謝活動的正常進行，減少逆境下的傷害[29]。關于油橄欖在逆境下，葉片中脯氨酸大量積累的報道有很多[30]。如前人研究發現，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的調節，以適應干旱脅迫；隨著脅迫程度的加劇，植物無法繼續適應加劇的干旱環境，體內生理活動程度減弱，導致脅迫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程度不同，對試驗結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 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系，發現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率均呈現先增后降的趨勢。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%時應及時補充水分。