不同土壤含水量对油橄榄幼苗生理特性的影响

杜晋城，李欣欣，叶 敏，王丽华，王泽亮，李红艳，慕长龙

（1.四川省林业科学研究院，四川 成都 610081；2.四川师范大学附属第一学校，四川 成都 610066；3.重庆市林业科学研究院，重庆 400036）

油橄榄(Olea europaeaL.)，又名齐墩果、阿列布，属木樨科常绿小乔木，是世界上著名的高产、高效和优质的木本油料树种，具有很高的经济价值，素有“植物油皇后”美誉[1]。中国自1964年正式引种油橄榄，经过50多年的试验研究，确定并划分了油橄榄在中国的适生区[2-3]，其中水分的时空分布是进行适生区划分的重要参考因素之一。水分含量会影响油橄榄的生长、产量及其品质[4-5]，且水分也是一些地区发展油橄榄产业的限制性因子[6]。四川省作为油橄榄主要栽培地区，引种栽培油橄榄已有20多年的历史，现保存有油橄榄树200万株，占全国总株数的50%，产量居全国首位，占80%；同样面临着季节性降水分配不均和极端天气而造成土壤水分含量缺少的威胁[7]。国内学者研究表明，水分对作物的各个代谢活动都有重要作用，水分含量必然会影响其生理代谢活动，最终对生长、产量及品质造成影响[8-9]，且因水分含量引起的作物生长受阻和产量减少均超过其他各种胁迫的总和[10]。有研究表明，水分胁迫下，夏玉米叶片叶绿素含量、光合面积、光合速率、蒸腾速率减少，引起果穗性状恶化，导致玉米产量大幅下降，严重水分胁迫可导致玉米成熟期推迟[11]。在连续干旱处理下，3种常用园林树木阴香、山杜英和铁冬青的茎叶部分均出现了不同的受害症状；与对照组相比，3种树木的株高、地径、总根长、根表面积、根体积均显著下降，比叶面积均有不同程度的下降；叶厚度、叶干物质含量和叶组织密度有不同程度的增加。山杜英和阴香的根冠比在干旱胁迫下均显著增大；山杜英的净光合速率较对照显著上升，铁冬青和阴香的净光合速率较对照显著下降。随着胁迫时间的延长，山杜英和铁冬青的丙二醛（MDA）含量呈上升趋势；阴香和铁冬青的超氧化物歧化酶（SOD）活性先升高后下降；3种树木的可溶性蛋白含量总体呈上升趋势；山杜英和铁冬青的叶绿素含量总体呈上升趋势[12]。因此，研究土壤不同水分含量下油橄榄生理变化的差异，并在此基础上开展以水分管理为主的栽培试验，这对于我国油橄榄产业的健康、可持续发展及各地因地制宜的引种适宜油橄榄品种具有一定的参考价值。本试验采用人工控制土壤含水量的方法，开展水分胁迫对油橄榄幼苗的生理特性影响的研究，旨在寻求油橄榄幼苗生长最适宜的水分条件，为油橄榄精准节水栽培提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验选择长势基本一致、管理水平相当的1年生盆栽豆果幼苗为试验材料。

1.2 试验方法

于2019年3月把1年生，生长健壮、大小相同，苗高约1米且无病虫害的45株幼苗移栽于装有5 kg混合土的花盆中（25 cm×30 cm），每盆种植1株油橄榄幼苗。油橄榄幼苗移栽至花盆内后立即用水浇透，并将其放置在四川农业大学园艺教学楼实验避雨大棚内养护，保证其能存活，养护期间进行正常管理。试验期间环境温度在13～30 ℃，湿度在45%～60% rh,光照在2 000～50 000 Lux。1个月后挑选其中36株生长健壮的油橄榄幼苗开始水分胁迫试验。试验共设置了6个处理，分别是：土壤含水量为80%（CK）、70%、60%、50%、40%和30%。从2019年4月1日试验处理开始，固定每月20号取样1次，并对其各项生理指标连续进行8次测定，每个处理6株，单株为重复，每个处理重复3次。于11月20日结束试验。

当土壤含水量达到相应的80%、70%、60%、50%、40%及30%水分梯度后，每天傍晚18:00—19:00采用整体称重法（盆栽幼苗+土壤质量）[13]补充水分以保持相应的土壤水分含量。水分含量试验开始后，每一盆试验盆栽的土壤表面用塑料布进行遮盖，防止水分蒸发，盆下放入托盘，防止水分流失。土壤含水量以田间持水量为基准，田间最大持水量采用环刀法取试验用土测得为15.43%。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 生长指标

苗高、地径：用钢卷尺和电子游标卡尺测定。

1.3.2 生理指标测定

采用李合生[14]的方法测定各项生理指标，生理指标测定采用不同枝条上完全展开的第5～6片真叶。用氮蓝四唑(NBT)光还原法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性，用愈创木酚比色法测定过氧化物酶(POD)活性，用高锰酸钾滴定H2O2法测定过氧化氢酶(CAT)活性，用硫代巴比妥酸比色法测定丙二醛(MDA)含量，用水合茚三酮显色法测定脯氨酸(Pro)含量，用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量，用电导仪测定相对电导率，用丙酮-乙醇混合(1∶1)浸提法测定光合色素含量(叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素)，叶绿素总量=叶绿素a含量+叶绿素b含量。

1.4 数据分析

所有数据采用Excel 2007软件处理，SPSS 20.0软件进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同土壤含水量对油橄榄叶片光合色素含量影响

油橄榄幼苗叶片光合色素含量高低影响其生长及生物量积累，且随着土壤含水量的降低，油橄榄叶片光合色素含量下降，从而抑制了植株的光合效率，使其生长弱化。由表1可知，随着土壤含水量逐渐减少，油橄榄幼苗片光合色素含量大体呈现先增加后减少的趋势。不同土壤含水量下，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均表现出显著变化。在土壤含水量保持在70%处理时，叶绿素a含量和叶绿素b含量为最高，土壤含水量保持在30%处理时为最低，土壤含水量70%处理较30%处理分别增加了54.57%（P＜0.05）和94.36%（P＜0.05）；土壤含水量70%处理较80%处理分别增加了13.37%（P＞0.05）和22.89%（P＜0.05）。在土壤含水量保持在60%处理时，类胡萝卜素含量为最高，土壤含水量30%处理时为最低，土壤含水量60%处理较30%处理增加了58.54%（P＜0.05），土壤含水量60%处理较80%处理增加了8.71%（P＜0.05）。就叶绿素总量而言，土壤含水量70%处理时最佳，土壤含水量30%时处理最低，较30%和80%处理分别增加了64.32%（P＜0.05）和14.18%（P＜0.05）。

表1 不同土壤含水量对油橄榄叶片光合色素含量影响Table 1 Effects of different soil water content on photosynthetic pigment content of olive leaves

2.2 不同土壤含水量对油橄榄叶片抗氧化酶含量影响

油橄榄幼苗在不同土壤含水量下，其叶片抗氧化酶活性表现出较大差异。由表2可知，在不同土壤含水量下，对油橄榄叶片抗氧化酶活性有着不同的影响。在土壤含水量保持在70%和80%时，POD活性无显著性变化；在土壤含水量保持在40%、50%和60%时，POD活性无显著性变化。在土壤含水量保持在70%时，POD活性为最高，土壤含水量30%时为最低，土壤含水量70%处理较30%处理的活性提高了75.09%（P＜0.05），较土壤含水量80%处理的活性提高了2.96%（P＞0.05）；在不同的土壤含水量处理下，CAT和SOD活性均无显著性差异。在土壤含水量保持在60%时，叶片CAT和SOD活性为最高，土壤含水量30%时为最低，土壤含水量60%较30%的处理活性分别提高了37.22%（P＞0.05）和29.18%（P＞0.05）。土壤含水量60%处理较80%的处理活性分别提高了5.59%（P＞0.05）和8.25%（P＞0.05）。

表2 不同土壤含水量对油橄榄叶片抗氧化酶活性影响Table 2 Effects of different soil water content on antioxidant enzyme activity of olive leaves

2.3 不同土壤含水量对油橄榄渗透调节物质影响

油橄榄在不适宜的土壤含水量下生长时，能够诱导代谢活动产生的各种有机物在植物体内大量积累，以增大细胞液浓度，降低渗透势，以便维持正常的生命活动。由表3可知，不同土壤含水量下，对油橄榄渗透调节物质有不同的影响。不同土壤含水量下，渗透调节物质含量均表现出显著性变化。在土壤含水量保持在30%时，MDA含量为最高，土壤含水量70%处理时为最低，土壤含水量30%处理较土壤含水量70%处理增加了62.00%（P＜0.05）；土壤含水量70%处理时MDA含量较土壤含水量80%处理减少了6.91%（P＜0.05）。在土壤含水量保持在60%时，脯氨酸含量为最高，土壤含水量30%处理时为最低，土壤含水量60%处理较土壤含水量30%处理增加了37.20%（P＜0.05）；土壤含水量60%处理时脯氨酸含量较土壤含水量80%处理增加了8.86%（P＜0.05）。在土壤含水量保持在70%时，可溶性蛋白含量为最高，土壤含水量30%处理时为最低，土壤含水量70%处理较土壤含水量30%处理增加了172.04%（P＜0.05）；土壤含水量70%处理较土壤含水量80%处理增加了25.21%（P＜0.05）。在土壤含水量保持在60%时，电导率为最高，土壤含水量30%处理时为最低，土壤含水量60%处理较土壤含水量30%处理增加了61.94%（P＜0.05）；土壤含水量60%处理较土壤含水量80%处理增加了17.14%（P＜0.05）。

表3 不同土壤含水量对油橄榄渗透调节物质含量的影响Table 3 Effects of water content of different soil on osmotic regulatory content of olive leaves

3 讨 论

光合色素是植物叶片进行光合作用的物质基础，其含量的高低能反映植物的生长状况和叶片光合能力[15]。光合色素中包括叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）和类胡萝卜素，其中叶绿素是植物进行光合作用的主要化学物质，是光合作用的必要条件[16]。土壤水分含量会显著的影响光合色素含量，可造成植物光合色素含量明显下降[17]。本试验中，油橄榄幼苗在水分胁迫较重时，光合色素含量显著减少，且处于相对较低的水平，在水分胁迫较轻时，光合色素含量增加，这表明重度水分胁迫不利于油橄榄幼苗光合色素含量的合成，水分胁迫较轻可起到促进作用，和前人在其它品种油橄榄上的研究表现相似[18]。在有些研究中也出现了水分胁迫下叶绿素含量上升的情况，这可能是在水分胁迫下，引起叶片叶绿素变化的因素有很多，如植物种类不同而造成的反应差异、试验条件和处理方法的不同等[19]。

研究发现，水分胁迫会加剧油橄榄细胞的脂质过氧化，破坏细胞膜的结构和功能，而由水分胁迫引起的植物细胞内自由基代谢平衡失调是造成膜脂过氧化的主要原因[20]。SOD、POD和CAT酶是植物体内清除超氧阴离子和过氧化的重要保护酶，生长环境干旱胁迫到一定的程度时，SOD、POD和CAT保护酶有较好的协同效应，共同抵御胁迫造成的膜伤害，表现出较强的自我调节能力[21-22]。植物在大多数的环境胁迫下，抗氧化酶活性的变化多是随着胁迫强度增大而出现“先升后减”的情况[23-24]。本试验中，SOD、POD和CAT保护酶活性在较轻的水分胁迫下出现先上升后随着胁迫的加剧逐渐下降，和前人在鄂植8号等其它品种的油橄榄上的研究表现相似[25]。这可能是因为，一定干旱胁迫可以刺激植物体内SOD、POD和CAT等保护酶的活性，使得植物可以更好地适应外界干旱生长环境，当干旱程度继续加重时，油橄榄通过酶促抗氧化机制来维持活性氧自由基的平衡能力有限，持续的重度水分胁迫使油橄榄叶片中积累的活性氧超出了其清除能力，超过了油橄榄叶片保护酶系统的承受程度，SOD、POD和CAT保护酶的活性均出现下降[26-27]。

渗透调节是通过增加细胞溶质浓度以降低渗透势使膨压保持稳定，从而保持水分以及细胞内各生理活动的正常进行，进而缓解水分胁迫[28]。MDA是植物发生膜脂过氧化后的产物，可以作为判断发生膜伤害的指标，水分胁迫发生时MDA含量的变化可以反应出植物受胁迫后的伤害程度[27]。本试验中，在水分轻度胁迫时，MDA含量减少，但随着水分胁迫的加剧，MDA含量逐渐增多，而可溶性蛋白含量则表现出相反趋势，和前人在燕麦上的研究结果相似[28]。这可能是因为，水分胁迫加剧会导致细胞膜脂过氧化程度的加剧，使得MDA含量增加，随之加剧细胞内蛋白质的代谢速度，导致可溶性蛋白质含量的减少。Pro参与植物的渗透调节作用，使得植物能保证体内各种代谢活动的正常进行，减少逆境下的伤害[29]。关于油橄榄在逆境下，叶片中脯氨酸大量积累的报道有很多[30]。如前人研究发现，抗旱性强的品种叶片中脯氨酸积累量相对较多[31]。本试验中，随着干旱处理程度的加剧，Pro含量先增加后减少，在60%水分处理时达到峰值。这说明，当油橄榄叶片受到干旱胁迫时，会进行自身渗透物质的调节，以适应干旱胁迫；随着胁迫程度的加剧，植物无法继续适应加剧的干旱环境，体内生理活动程度减弱，导致胁迫Pro含量逐渐减少。本试验存在的局限在于试验树不能完全一致，尽管选择的大小基本一致，但还是存在差异，且土壤含水量因每盆挥发程度不同，对试验结果也会造成一定影响。下一步研究方向是土壤含水量对油橄榄含油量的影响。

4 结 论

通过研究油橄榄幼苗生长过程中土壤水分含量与叶片生理特性的关系，发现随着土壤含水量的减少，油橄榄叶片叶绿素a含量、类胡萝卜素含量、叶绿素总量、叶片抗氧化酶活性、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量和电导率均呈现先增后降的趋势。在土壤含水量70%时，叶绿素总量、可溶性蛋白含量和POD活性均为最高，在土壤含水量30%时，均为最低。70%处理的叶绿素总量、可溶性蛋白含量及POD活性较80%处理分别增加了14.18%、25.21%和2.96%。在土壤含水量60%时，类胡萝卜素含量、脯氨酸含量、CAT和SOD活性均为最高，在土壤含水量30%时，均为最低。60%处理的类胡萝卜素含量、脯氨酸含量较80%处理分别增加了8.71%和8.86%。在不同的土壤含水量下，油橄榄叶片MDA含量呈先降后增的趋势，在土壤含水量70%时最低，在土壤含水量30%时最高，70%处理时MDA含量较80%处理减少了6.91%。综合来看，油橄榄幼苗生长土壤含水量以60%～70%较为适宜，土壤含水量低于30%时应及时补充水分。