3个油橄榄品种光合特性与同化物分配规律

王瑞文，黄颖，郑京津，姜德志，黄发新

（1经济林木种质改良与资源综合利用湖北省重点实验室/大别山特色资源开发湖北省协同创新中心/黄冈师范学院，湖北黄冈 438000；2湖北省林业科学研究院，武汉 430075；3湖北省国有林场工作站，武汉 430070）

0 引言

油橄榄(Olea europaea)为木犀科木犀榄属常绿小乔木，是著名的木本油料树种[1]。中国已引种油橄榄60 多年，对油橄榄适生区进行了划分[2]。光照影响油橄榄的光合作用及果实发育，从而影响油橄榄产量及果实含油率，是进行适生区划分的重要参考因素之一[3]。国内对油橄榄光合特性的研究较少，主要在四川凉山、甘肃武都、云南昆明等少数省市开展了不同胁迫条件及栽培措施对光合特性影响的研究[4-6]，其他省市关于油橄榄光合特性的研究鲜有报道。加强油橄榄在中国不同生态区光合特性的研究十分必要，可以为油橄榄良种选育、栽培和品种推广提供更多理论依据。

湖北省自20 世纪60 年代以来共引种油橄榄种质资源30余份，主要在秦巴山区、武陵山区、大别山区等地零星种植，大部分油橄榄品种树体生长较差，树体衰退，树势较弱。与国内主要适生区域相比，湖北省年平均日照时间缩短9.3%～68.6%、降雨量增加30%～133%。气候环境的不同，会导致植物的光合特性发生改变[7-9]。笔者以全国推广较多的‘佛奥’、‘莱星’、‘鄂植8 号’3 个油橄榄品种为材料，探讨其光合特性及同化物分配规律，以期为油橄榄丰产栽培及品种推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为武汉九峰森林培育试验示范国家长期科研基地引种的‘佛奥’、‘莱星’、‘鄂植8号’3个油橄榄品种。2008 年种植，3 个品种管理措施一致。2021年测定时树龄为13年。

1.2 试验地概况

试验地点位于武汉市东湖新技术开发区枫林大道九峰，属亚热带季风气候，夏季高温高湿，冬季干冷少雨。极端最高气温为38.7℃，极端最低气温为-16.7℃，年平均温度为16.7℃，1 月平均气温最低(0.4℃)，7—8月平均气温最高(28.7℃)。一年中夏季约135 d、冬季约110 d、春秋约110 d；年平均日照时数为1600 h，无霜期235 d；初夏雨量较为集中，年降雨量1200～1400 mm，年平均相对湿度79%。

1.3 试验方法

1.3.1 光合指标日变化测定于7月选择晴朗无风的天气，使用美国里格公司生产的LI-6400XT 光合测定系统进行光合指标测定。测定时间为7:00—17:00，每隔2 h 测量1 次。每个品种选取生长较好无病虫害且树体大小一致的30 株进行测量，10 株1 个重复，3 次重复，每株选取方位一致的3 片叶子进行测量。测量指标包括光合有效辐射(PAR)、空气相对湿度(RH)、大气温度(Ta)、大气CO2浓度(Ca)等外界环境因子参数及净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)。依据式(1)计算水分利用率[10]。

1.3.2 光响应曲线和CO2响应曲线测定 利用LI-6400XT 自身配备的红蓝光源及CO2小钢瓶分别控制光合有效辐射(PAR)和CO2浓度，进行不同光强和CO2浓度下净光合速率的测定[11]。光合有效辐射(PAR)为1500、1200、800、600、500、300、100、50、40、30、20、10、0 μmol/(m2·s)，CO2浓度为50、100、200、300、400、600、800、1000、1200、1400、1600 μmol/mol。每个品种3 次重复，每次重复测量3个数据取平均值。

采用非直角双曲线模型[12]模拟光响应曲线，并计算相关参数，如式(2)。

式中，P 为净光合速率，φ为表观量子效率，Q为光合有效辐射，Pmax为最大净光合速率，k为光响应曲线直角，Rday为暗呼吸速率。

采用叶子飘模型拟合CO2响应曲线及特征参数[13]，如式(3)。

式中，Pn为净光合速率，Ci 为胞间CO2浓度，Rd为光呼吸速率，a 是CO2响应曲线的初始羧化效率，b和c为系数。

1.3.3 光合同化物分配率测定光合同化物分配率测定采用13C 同位素标记法[14]，标记气体为13C 丰度99%的CO2气体（购于上海化工研究院）。每个品种重复3次，10 株一个重复，另选10 株做空白对照组（13C 自然丰度），对照组要求远离标记组，以避免受到标记13C的污染。标记72 h后将样品送至武汉博越生物科技有限公司进行13C同位素的分析测定，同时测定样品总碳含量。

1.4 数据统计与分析

用Excel 2007 进行数据处理，通过SPSS 22 统计软件进行方差分析、多重比较（采用Duncan 新复极差法）及灰色关联度分析。

2 结果与分析

2.1 外界环境因子日变化特征

光合有效辐射和大气温度日变化规律一致（图1～2），均呈先上升后下降的趋势，大气CO2浓度和大气湿度则是先下降后上升（图3～4）。PAR峰值出现在11:00，为1392.53 μmol/(m2·s)，17:00降至621.78 μmol/(m2·s)；Ta在13:00达到最高值为41.27℃，17:00时降至37.42℃；Ca在7:00时值最高为453.58 μmol/mol，在15:00时达到最低值为409.20 μmol/mol；RH 在7:00 时值最高51.64%，11:00时值最低为34.56%。

图1 光合有效辐射日变化

图2 大气温度日变化

图3 大气CO2浓度日变化

图4 大气湿度日变化

2.2 3个品种光合气体交换参数日变化分析

3个品种油橄榄的净光合速率日变化均呈“双峰”曲线（图5），在9:00和13:00出现峰值，11:00出现午休现象。3个品种的Pn日变化值为5.29～16.65 μmol/(m2·s)，其中‘鄂植8 号’的Pn日均值[9.63 μmol/(m2·s)]高于‘莱星’[9.46 μmol/(m2·s)]，显著高于‘佛奥’[8.84 μmol/(m2·s)](P<0.05)，说明‘鄂植8号’具有更强的净光合能力。

图5 净光合速率日变化

3 个品种的气孔导度、蒸腾速率日变化规律及峰值出现的时间与净光合速率相符（图6～7）。‘佛奥’的Gs 日均值比‘莱星’、‘鄂植8 号’分别高14.24%、15.72%。‘鄂植8 号’的Tr 日均值低于其他2 个品种。可见Pn的变化主要是由气孔因素引起的。

图6 蒸腾速率日变化

图7 气孔导度日变化

3 个品种胞间CO2浓度日变化规律基本呈先下降后上升的趋势（图8）。随着光合作用的增强，外界环境中CO2浓度逐渐下降，气孔逐渐关闭，导致胞间CO2浓度下降，在13:00时达到最低值。‘佛奥’的Ci 日均值最高为279.8 μmol/mol，比‘莱星’、‘鄂植8 号’分别高16.8%、33.3%。

图8 胞间CO2浓度日变化

3 个品种的光合瞬时水分利用率呈下降趋势，在7:00时水分利用率最高，11:00之后变化平缓，且11:00之后‘鄂植8 号’的水分利用率高于其他2 个品种（图9）；‘佛奥’、‘莱星’、‘鄂植8 号’的光合水分利用率日均值为2.69、2.53、2.50 mmol/mol。

图9 瞬时水分利用率日变化

2.3 3 个品种净光合速率与相关生理生态因子的灰色关联分析

为进一步探讨内外环境因素对油橄榄光合作用的影响，对3 个油橄榄品种净光合速率(Pn)和相关生理生态因子进行灰色关联分析。从表1可以看出，‘佛奥’、‘莱星’净光合速率与生理因子的灰色关联度为Gs>Ci>WUE>Tr；‘鄂植8 号’净光合速率与生理因子的关联度为Gs>WUE>Tr>Ci；‘佛奥’、‘莱星’净光合速率与环境因子的灰色关联度为Ca>Ta>RH>PAR；‘鄂植8号’净光合速率与环境因子的关联度为Ca>Ta>PAR>RH。Gs和Ca是影响油橄榄净光合速率的2个主要因子。

表1 净光合速率与主要生理、生态因子的灰色关联度

2.4 3个品种光响应曲线特征参数分析

3个品种在光饱和时的最大净光合速率变化范围为26.80～28.76 μmol/(m2·s)（见表2），其中‘鄂植8 号’的最大净光合速率与‘佛奥’无显著差异，两者显著高于‘莱星’。3 个品种表观量子效率变化范围为0.02～0.07，暗呼吸速率为0.32～2.11 μmol/(m2·s)，光补偿点的变化范围为31.52～62.88 μmol/(m2·s)，光饱和点的变化范围为831.66～1203.78 μmol/(m2·s)，‘佛奥’表观量子效率、暗呼吸速率、光饱和点显著高于其他2 个品种，‘鄂植8号’的光补偿点显著高于其他2个品种(P<0.05)。可以看出，‘鄂植8号’、‘佛奥’的光合能力高于‘莱星’，同时‘佛奥’具有较高的光饱和点，可利用的光强范围广，有利于形成生长优势。3 个品种线性拟合的判定系数均在0.930以上，线性拟合度高。

表2 3个油橄榄品种光响应曲线相关参数

2.5 3个品种CO2响应曲线特征参数分析

从表3可以看出，3个品种在CO2饱和时的最大净光合速率变化范围为27.163～28.035 μmol/(m2·s)，羧化效率变化范围为0.016～0.037 mol/(m2·s)，CO2补偿点变化范围为24.427～36.246 μmol/(m2·s)，光呼吸速率变化范围为0.904～2.311 μmol/(m2·s)，CO2饱和点变化范围为793.815～1673.253 μmol/(m2·s)。‘佛奥’的最大净光合速率、羧化效率显著高于其他2个品种；‘鄂植8号’的光呼吸速率值、CO2饱和点值显著高于其他2 个品种。由此可见，‘佛奥’对CO2利用效率高，‘鄂植8号’对CO2利用幅度宽。

表3 3个油橄榄品种CO2响应曲线特征参数分析

2.6 光合同化物分配的差异

由表4可知，光合产物13C含量和分配率在油橄榄各器官中存在差异。3 个品种各器官13C 含量和分配率由高到低均为叶片>枝条>果壳>种仁。叶片13C 分配率为39.52%～49.92%，是主要的同化器官；种仁的13C分配率最低，为6.67%～8.18%。参试品种光合产物主要集中在叶片、枝条等营养组织，这也是油橄榄产量较低的因素之一。

表4 3个油橄榄品种各器官13C含量和分配率

3 结论与讨论

植物光合作用日变化有单峰型和双峰型2 种模式，大多数植物在夏季有“午休”现象，表现为双峰型[15]。本试验中3个品种油橄榄Pn、Gs、Tr日变化均呈“双峰”型。当温度和光强升高时，叶片气孔关闭，Pn快速下降，表现为受气孔因素限制[16]。关闭气孔，降低蒸腾作用，保留了水分，可降低强光对光合系统的损伤，有利于植物适应高温天气。刘露等[17]研究表明，油橄榄在凉山典型旱季、雨季中，净光合速率日变化均为典型的单峰曲线，在11:00左右达到高峰。主要原因是在凉山典型旱季、雨季气候下，油橄榄净光合速率主要受蒸腾作用和气孔导度2个因子影响，11:00之后蒸腾作用和气孔导度都呈下降趋势，导致净光合速率在11:00达到高峰后，呈下降趋势。本研究通过灰色关联度分析认为，气孔导度和大气中CO2浓度是影响油橄榄净光合速率的2个主要因子。因此，在实际生产中，可通过调节外界CO2浓度及气孔开放程度等方法来提高油橄榄的光合速率。

光响应曲线特征参数是衡量植物利用和适应光的重要指标[18]。最大净光合速率反映植物光合能力及积累干物质的能力[19]。3个油橄榄品种中，‘鄂植8号’和‘佛奥’的光合能力较强，有利于积累更多的有机物质[20]。表观量子效率反映植物光能利用效率，尤其是对弱光的利用能力[21]。3 个品种中‘佛奥’表观量子效率最高，对弱光的利用效率强。暗呼吸速率反映黑暗条件下植物对光合产物的消耗。‘佛奥’暗呼吸速率最高，对光合产物消耗最大，‘鄂植8 号’暗呼吸速率最低，对光合产物消耗最小。光补偿点、光饱和点代表对光的适应范围及对强光和弱光的利用能力。‘佛奥’光饱和点最高，适应强光能力最强，对光的适应幅度较大；‘鄂植8 号’光补偿点高，适应弱光能力差；‘莱星’光补偿点和光饱和点均较低，对光的适应幅度较小，适应弱光的能力较强，耐阴性强。木本阳性植物叶片的最大净光合速率一般为10～25 μmol/(m2·s)，光补偿点为10～50 μmol/(m2·s)，光饱和点为600～1500 μmol/(m2·s)[22]。本研究中，3 个油橄榄品种的最大净光合速率为26.804～28.763 μmol/(m2· s)，光补偿点为31.518～62.879 μmol/(m2· s)，光饱和点为831.665～1203.784 μmol/(m2·s)，表明油橄榄是典型的阳性植物，栽培油橄榄时应选择光照充足的地方。不同的品种对光的适应性不同，在栽培时，不同的品种可设置不同的栽培密度或通过修剪整型来提高油橄榄光能利用效率[23]。光合作用和效率也可作为油橄榄育种的选择目标[24]。

CO2响应曲线特征参数反映了植物利用CO2的能力。‘佛奥’具有较高的最大净光合速率和羧化效率，其CO2浓度较低时也能保持较高的光合速率[25]。‘鄂植8号’CO2补偿点较低，CO2饱和点较高，表明其CO2同化能力强且利用幅度较宽，同时其光呼吸高，能在强光条件下保持较高的光呼吸以免于光合机构破坏[26-27]。‘莱星’的CO2补偿点较高，CO2饱和点较低，其CO2同化能力较弱且利用CO2幅度较窄。‘佛奥’、‘鄂植8 号’的CO2响应最大净光合速率值大于光响应最大净光合速率，说明当达到光饱和时，CO2供应是影响‘佛奥’、‘鄂植8号’光合速率的重要因子。

光合同化产物向果实分配和运输多，将有利于植物高产；向叶片、枝条运输多，则会导致低产[28]。本研究中，采用13C 同位素法标记72 h 后，3 个油橄榄品种40%～50%的同化物已从叶片运出，但大部分集中在枝条，运输到果实（果壳、种仁）的同化物仅占20%左右，远低于油茶、玉米等植物叶片标记72 h后运输到果实的光合同化物[29]。施肥、修剪、光照可促进光合产物运输到果实[30-31]，如何提高油橄榄光合产物在果实中的分配比例还有待下一步的研究。