盐胁迫对姜科8种植物叶绿素荧光参数的影响

赵阳阳 曾志斌 王永淇

摘 要 为了研究不同盐胁迫处理对姜科植物叶片叶绿素荧光参数的影响，以春秋姜黄（Curcuma attenuate）、红玉姜黄（Curcuma attenuate×C. petiolata）、益智（Alpinia oxyphylla）、红柄郁金（Curcuma rubescens）、花叶艳山姜（Alpinia zerumbet ‘variegata'）、花叶山姜（Alpinia pumila）、红球姜（Zingiber zerumbet）和矮白姜花（Hedychium coronarium×Hedychium gardnerianum）为试验材料，测定不同浓度NaCl处理下姜科植物叶片的最大光化学效率Fv/Fm，非光化学淬灭NPQ，实际光能转化效率Y（Ⅱ），光化学淬灭系数qP和表观电子传递速率ETR。结果表明：随着盐害程度的增加，植株的光合抑制作用也逐渐增大。盐胁迫处理能够降低或显著降低8种姜科植物的ETR、Y（Ⅱ）、qP和Fv/Fm。利用隶属函数综合评价8种姜科植物的耐盐性，得出其耐盐性顺序为：花叶山姜>红柄郁金>花叶艳山姜>红玉姜黄>春秋姜黄>益智>红球姜>矮白姜花。得出结论：盐胁迫下花叶山姜的PSⅡ功能耐盐性最强，红柄郁金次之，矮白姜花最差。

关键词 盐胁迫 ；耐盐性 ；叶绿素荧光 ；姜科

中图分类号 S682 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.09.004

Abstract In order to analyze the effect of different salt tolerance treatments on the chlorophyll fluorescence coefficient in the leaves of Zingiberaceae， the maximum fluorescence efficiency Fv/Fm， actual photosystem II efficiency Y（Ⅱ）， photochemical quenching coefficient qP， non-photochemical quenching coefficient NPQ， and apparent electron transfer rate （ETR） of Zingiberaceae were determined under different concentrations of NaCl treatments， and 8 Zingiberaceae plants： Curcuma attenuate， Curcuma attenuate × C. petiolata， Alpinia oxyphylla， Curcuma rubescens， Alpinia zerumbet 'variegata'， Alpinia pumila， Zingiber zerumbet and Hedychium coronarium × Hedychium gardnerianum were used as experimental materials. The results showed that the inhibitory effect of photosynthesis on plant was gradually increased with the salt stress. The salt stress treatment reduced or significantly reduced ETR， Y（Ⅱ）， qP and Fv/Fm of the 8 Zingiberaceae plants. The salt tolerance of the 8 Zingiberaceae plants were evaluated by using the membership function method， and the order of salt tolerance was Alpinia pumila > Curcuma rubescens > Alpinia zerumbet 'variegata' > Curcuma attenuate × C. petiolata > Curcuma attenuate > Alpinia oxyphylla > Zingiber zerumbet > Hedychium coronarium × Hedychium gardnerianum. The results showed that the PSII of Alpinia pumila was the highest in salt tolerance， followed by that of Curcuma rubescens， while that of Hedychium coronarium × Hedychium gardnerianum was the lowest.

Keywords salt stress ； salt tolerance ； chlorophyll fluorescence ； Zingiberaceae

近年來，由于自然原因或者人类活动等因素导致土壤中盐分升高，严重限制城市绿化中植被的正常生长。目前中国盐渍化土壤占现有耕地的1/4[1]，主要分布在蒸发量大或者降水量少的干旱、半干旱和滨海地区。广东位于滨海地区，土壤盐渍化成为限制城市绿化的重要因素之一，盐胁迫可以通过阻碍植物光合作用过程中的电子传递，使活性氧含量升高，造成植物的氧化伤害[2]，因此筛选耐盐的优良植物品种十分重要。

姜科植物花色丰富，造型奇特，香气清新，株型优美，管理粗放，且姜科植物多含挥发油，其成分主要为单萜和倍半萜等，具较强的保健功效[3]。作为具有保健功能且性状优良的华南地区乡土植物，姜科植物有极大的研究价值。但是目前对于姜科植物的耐盐性研究较少，仅有花叶艳山姜和红丰收山姜的相关文献[4-5]，限制了其在华南滨海地区的应用与推广。本文以8种性状优良的姜科植物作为试验材料，通过叶绿素荧光技术分析植物叶片在盐胁迫下光系统的响应，利用隶属函数法综合评价8种姜科植物的耐盐性，为姜科植物在滨海地区的应用推广提供指导作用，对于滨海植物绿化也有一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料

春秋姜黄（Curcuma attenuate）、红玉姜黄（Curcuma attenuate×C. petiolata）、益智（Alpinia oxyphylla）、红柄郁金（Curcuma rubescens）、花叶艳山姜（Alpinia zerumbet ‘variegata'）、花叶山姜（Alpinia pumila）、红球姜（Zingiber zerumbet）和矮白姜花（Hedychium coronarium×Hedychium gardnerianum）幼苗。实验前各植株生长的基本情况见表1。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

本试验于2017年9月在肇庆市四会市下茆镇苗圃基地（北纬23°27′，东经112°42′）内进行。3月下旬将供试材料幼苗进行移栽处理，种植到20 cm×20 cm的种植袋中，每袋定植4～5株。基质为黄心土∶荷兰进口泥炭（体积比3∶1）土混合而成。使用NaCl溶液进行盐分梯度设置：采用盐分和土壤干质量之比[NaCl浓度=（NaCl质量/盆土干质量）×100]，以正常浇水作为对照（CK），设置A1：0.2%（盐渍化土壤）；A2：0.4%（中度盐土）；A3：0.8%（重盐土）；A4：1.2%（极重盐土）4种盐浓度处理，3个重复。种植袋底部用30 cm×30 cm的托盘承接，防止水分流失，及时将从底部流出的水倒回，从而保证种植袋中土壤的含盐量不变。

各梯度盐溶液配置方法

A1（质量浓度为0.2%的盐溶液）：NaCl 2 g+1 000 ml水

A2（质量浓度为0.4%的盐溶液）：NaCl 4 g+1 000 ml水

A3（质量浓度为0.8%的盐溶液）：NaCl 8 g+1 000 ml水

A4（质量浓度为1.2%的盐溶液）：NaCl 12 g+1 000 ml水

1.2.2 项目测定

试验开始后第九天，采用脉冲调制荧光仪测定PSII的最大光化学效率Fv/Fm，表观电子传递速率ETR，光化学淬灭系数qP，实际光能转化效率Y（Ⅱ）和非光化学淬灭NPQ等荧光动力学参数[6-8]。

1.2.3 数据分析

使用Microsoft Excel 2010进行数据处理和图表的绘制，SPSS19.0进行单因素方差分析，采用隶属函数法综合评价8种姜科植物的耐盐性[9-11]。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫处理对8种姜科植物叶片最大光化学效率Fv/Fm的影響

由图1可以发现，盐胁迫对姜科植物Fv/Fm的影响表现为：随着盐胁迫程度的增强，8种姜科植物叶片的Fv/Fm均呈现下降趋势，表明植株PSII反应中心的电子传递能力降低。其中益智、矮白姜花、花叶艳山姜、红玉姜黄在低胁迫（A1）下显著低于对照，红柄郁金在A3处理下显著低于对照。红柄郁金、红球姜、红玉姜黄和花叶艳山姜的Fv/Fm降低幅度明显大于其余4种，Fv/Fm降低幅度分别为15.04%、16.02%，16.31%和18.87%。

2.2 盐胁迫处理对8种姜科植物叶片非光化学淬灭NPQ的影响

由图2可以看出，盐胁迫对8种姜科植物叶片NPQ的影响，随着胁迫程度的增加，8种姜科植物叶片的NPQ出现先升高后下降的趋势，猜测是盐浓度过高导致植物叶片受到的伤害程度超过植株的承受范围，导致不能以热的方式耗散过量的光能。其中仅花叶山姜和红玉姜黄在低胁迫（A1）下的NPQ没有显著高于对照，可见盐胁迫对植物NPQ值的影响较大。矮白姜花、春秋姜黄、花叶艳山姜的NPQ最大升高幅度明显大于其余5种，NPQ值的下降幅度分别为147.51%、111.46%和114.53%，红球姜的NPQ升高幅度最低，为35.12%。

2.3 盐胁迫处理对8种姜科植物叶片实际光能转化效率Y（Ⅱ）的影响

由图3可以看出，盐胁迫对8种姜科植物叶片Y（Ⅱ）的影响，随着盐胁迫程度的增强，8种姜科植物叶片的Y（Ⅱ）均不断下降。其中红球姜和矮白姜花在低胁迫（A1）处理下显著低于对照，春秋姜黄、红柄郁金、花叶山姜和益智在中高胁迫下显著低于对照，花叶艳山姜和红玉姜黄各处理间无明显差异。矮白姜花、春秋姜黄的Y（Ⅱ） 降低幅度明显大于其余6种，Y（Ⅱ）降低幅度分别为35.85%和35.38%，花叶艳山姜和花叶山姜下降幅度最低为10.70%和16.55%。

2.4 盐胁迫处理对8种姜科植物叶片光化学淬灭系数qP的影响

由图4可以看出，盐胁迫越强，8种姜科植物的qP越低。其中矮白姜花，红球姜和花叶艳山姜qP在中高胁迫（A3）下显著低于对照，qP的下降幅度分别为13.20%，31.46%和21.04%。而春秋姜黄，益智和花叶山姜qP在低胁迫下（A1）显著低于对照，其qP的下降幅度分别为37.24%，13.64%和21.63%。红柄郁金qP的下降幅度最大，达到38.24%。

2.5 盐胁迫处理对8种姜科植物叶片表观电子传递速率ETR的影响

由图5可以看出，盐胁迫对姜科植物叶片ETR的影响表现为当盐胁迫程度不断增强，8种姜科植物叶片的ETR均不断下降。其中春秋姜黄各处理间差异显著，ETR下降幅度为38.97%，可见盐胁迫对其在ETR的影响较大。矮白姜花和花叶山姜到中高胁迫（A3）下显著低于对照，其下降幅度分别为26.21%和12.70%。益智下降幅度最低，为8.79%，红玉姜黄的下降幅度最高，达到40.39%。

2.6 盐胁迫下叶片各叶绿素荧光参数的隶属函数值分析

模糊数学中隶属函数法可以将各自独立存在的指标转换成隶属函数值，通过比较各指标间的大小，进而分析各个物种的综合耐胁迫能力。利用模糊数学的隶属函数法对8种姜科植物的叶绿素荧光系数Fv/Fm，NPQ，Y（Ⅱ），qP和ETR进行分析，结果见表2。可以看出，矮白姜花的总值最低，达1.98，花叶山姜的总值为2.63，位列第一名，是矮白姜花的1.33倍。可以发现8种姜科优良植物品种的耐盐性高低顺序为：花叶山姜>红柄郁金>花叶艳山姜>红玉姜黄>春秋姜黄>益智>红球姜>矮白姜花。

3 讨论

盐胁迫可以导致光合电子传递速度减慢，从而限制植物的正常生长。叶绿素荧光参数通过表达叶片中PSII光能的吸收、分配，进而体现植物的受胁迫程度[2]。利用隶属函数法综合评价8种姜科植物的耐盐性强弱为：花叶山姜>红柄郁金>花叶艳山姜>红玉姜黃>春秋姜黄>益智>红球姜>矮白姜花。

研究发现，随着盐害程度的增加，8种姜科植物的Fv/Fm、Y（Ⅱ）、qP和ETR呈现出显著性下降趋势，说明叶片发生了光化学抑制；同时NPQ显著高于对照，说明植株通过提高热耗散消耗多余的光能保护自身免受伤害[2]。相较于其他几个品种，花叶山姜的Fv/Fm、ETR下降程度最小，qP、Y（Ⅱ）下降程度居中，NPQ增长幅度居中但在最高胁迫（A4）处理下NPQ仍旧上升，说明花叶山姜在盐胁迫下能够保持较高的光系统转化效率，同时通过提高热耗散保护植物将多余的光能以热的形式耗散，减轻盐胁迫对其自身的伤害。

通过隶属函数分析叶绿素荧光参数，对8种姜科植物的耐盐性进行初步评价，发现花叶山姜相对于其他姜科植物的耐盐性较强，其次是红柄郁金，花叶艳山姜的耐盐性排位第三，位于中上水平，这与何卓彦等[5]的研究中花叶山姜的耐盐性低的结论不相符。在本试验不同盐分处理中，花叶艳山姜在形态上表现出比较明显的差异，对照组生长良好，A1（2%）少数叶片微卷，A2组（4%）20%叶片微卷且边缘轻微发黄，植株略微松散；A3（8%）和A4（12%）组叶片70%卷曲，且叶片边缘枯黄较为明显，60%假茎倒伏。而何卓彦的研究中中花叶艳山姜A1存活率100%，A2存活率50%，A3存活率20%。通过对比分析，初步认为有以下几点原因：（1）本研究主要针对部分姜科植物的抗盐性比较，并未与其他科属植物种类比较；（2）测试间隔时间不同，本文在处理9 d后进行指标测试，而何卓彦等的研究处理1个月后进行指标测试猜测前期植株较为健康，承受胁迫的能力也较强；（3）测试指标不同导致数据结果出现一定差别，本文主要通过叶绿素荧光参数对姜科植物的耐盐性进行分析。

多数品种在低盐处理（A1）与对照有显著性差异，抗性较强的花叶山姜和红柄郁金也在中度胁迫（A2-A3）处理下与对照有显著性差异。但是目前除了本文对姜科植物的耐盐性进行研究的品种外，只有花叶艳山姜和红丰收山姜，实验种类数较少。后期可以针对姜科中不同属的抗性比较，试图筛选出抗性强的姜科植物。建议可以在滨海地区含盐量一般的区域种植花叶山姜等姜科植物中抗性较强的品种，但是不要种植在滨海地区含盐量较高的地方。

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