趙陽陽 曾志斌 王永淇

摘 要 為了研究不同鹽脅迫處理對姜科植物葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，以春秋姜黃（Curcuma attenuate）、紅玉姜黃（Curcuma attenuate×C. petiolata）、益智（Alpinia oxyphylla）、紅柄郁金（Curcuma rubescens）、花葉艷山姜（Alpinia zerumbet ‘variegata'）、花葉山姜（Alpinia pumila）、紅球姜（Zingiber zerumbet）和矮白姜花（Hedychium coronarium×Hedychium gardnerianum）為試驗材料，測定不同濃度NaCl處理下姜科植物葉片的最大光化學(xué)效率Fv/Fm，非光化學(xué)淬滅NPQ，實際光能轉(zhuǎn)化效率Y（Ⅱ），光化學(xué)淬滅系數(shù)qP和表觀電子傳遞速率ETR。結(jié)果表明：隨著鹽害程度的增加，植株的光合抑制作用也逐漸增大。鹽脅迫處理能夠降低或顯著降低8種姜科植物的ETR、Y（Ⅱ）、qP和Fv/Fm。利用隸屬函數(shù)綜合評價8種姜科植物的耐鹽性，得出其耐鹽性順序為：花葉山姜>紅柄郁金>花葉艷山姜>紅玉姜黃>春秋姜黃>益智>紅球姜>矮白姜花。得出結(jié)論：鹽脅迫下花葉山姜的PSⅡ功能耐鹽性最強，紅柄郁金次之，矮白姜花最差。

關(guān)鍵詞 鹽脅迫 ；耐鹽性 ；葉綠素?zé)晒?；姜科

中圖分類號 S682 文獻標(biāo)識碼 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類活動等因素導(dǎo)致土壤中鹽分升高，嚴(yán)重限制城市綠化中植被的正常生長。目前中國鹽漬化土壤占現(xiàn)有耕地的1/4[1]，主要分布在蒸發(fā)量大或者降水量少的干旱、半干旱和濱海地區(qū)。廣東位于濱海地區(qū)，土壤鹽漬化成為限制城市綠化的重要因素之一，鹽脅迫可以通過阻礙植物光合作用過程中的電子傳遞，使活性氧含量升高，造成植物的氧化傷害[2]，因此篩選耐鹽的優(yōu)良植物品種十分重要。

姜科植物花色豐富，造型奇特，香氣清新，株型優(yōu)美，管理粗放，且姜科植物多含揮發(fā)油，其成分主要為單萜和倍半萜等，具較強的保健功效[3]。作為具有保健功能且性狀優(yōu)良的華南地區(qū)鄉(xiāng)土植物，姜科植物有極大的研究價值。但是目前對于姜科植物的耐鹽性研究較少，僅有花葉艷山姜和紅豐收山姜的相關(guān)文獻[4-5]，限制了其在華南濱海地區(qū)的應(yīng)用與推廣。本文以8種性狀優(yōu)良的姜科植物作為試驗材料，通過葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)分析植物葉片在鹽脅迫下光系統(tǒng)的響應(yīng)，利用隸屬函數(shù)法綜合評價8種姜科植物的耐鹽性，為姜科植物在濱海地區(qū)的應(yīng)用推廣提供指導(dǎo)作用，對于濱海植物綠化也有一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料

春秋姜黃（Curcuma attenuate）、紅玉姜黃（Curcuma attenuate×C. petiolata）、益智（Alpinia oxyphylla）、紅柄郁金（Curcuma rubescens）、花葉艷山姜（Alpinia zerumbet ‘variegata'）、花葉山姜（Alpinia pumila）、紅球姜（Zingiber zerumbet）和矮白姜花（Hedychium coronarium×Hedychium gardnerianum）幼苗。實驗前各植株生長的基本情況見表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

本試驗于2017年9月在肇慶市四會市下茆鎮(zhèn)苗圃基地（北緯23°27′，東經(jīng)112°42′）內(nèi)進行。3月下旬將供試材料幼苗進行移栽處理，種植到20 cm×20 cm的種植袋中，每袋定植4～5株?；|(zhì)為黃心土∶荷蘭進口泥炭（體積比3∶1）土混合而成。使用NaCl溶液進行鹽分梯度設(shè)置：采用鹽分和土壤干質(zhì)量之比[NaCl濃度=（NaCl質(zhì)量/盆土干質(zhì)量）×100]，以正常澆水作為對照（CK），設(shè)置A1：0.2%（鹽漬化土壤）；A2：0.4%（中度鹽土）；A3：0.8%（重鹽土）；A4：1.2%（極重鹽土）4種鹽濃度處理，3個重復(fù)。種植袋底部用30 cm×30 cm的托盤承接，防止水分流失，及時將從底部流出的水倒回，從而保證種植袋中土壤的含鹽量不變。

各梯度鹽溶液配置方法

A1（質(zhì)量濃度為0.2%的鹽溶液）：NaCl 2 g+1 000 ml水

A2（質(zhì)量濃度為0.4%的鹽溶液）：NaCl 4 g+1 000 ml水

A3（質(zhì)量濃度為0.8%的鹽溶液）：NaCl 8 g+1 000 ml水

A4（質(zhì)量濃度為1.2%的鹽溶液）：NaCl 12 g+1 000 ml水

1.2.2 項目測定

試驗開始后第九天，采用脈沖調(diào)制熒光儀測定PSII的最大光化學(xué)效率Fv/Fm，表觀電子傳遞速率ETR，光化學(xué)淬滅系數(shù)qP，實際光能轉(zhuǎn)化效率Y（Ⅱ）和非光化學(xué)淬滅NPQ等熒光動力學(xué)參數(shù)[6-8]。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和圖表的繪制，SPSS19.0進行單因素方差分析，采用隸屬函數(shù)法綜合評價8種姜科植物的耐鹽性[9-11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫處理對8種姜科植物葉片最大光化學(xué)效率Fv/Fm的影響

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫對姜科植物Fv/Fm的影響表現(xiàn)為：隨著鹽脅迫程度的增強，8種姜科植物葉片的Fv/Fm均呈現(xiàn)下降趨勢，表明植株P(guān)SII反應(yīng)中心的電子傳遞能力降低。其中益智、矮白姜花、花葉艷山姜、紅玉姜黃在低脅迫（A1）下顯著低于對照，紅柄郁金在A3處理下顯著低于對照。紅柄郁金、紅球姜、紅玉姜黃和花葉艷山姜的Fv/Fm降低幅度明顯大于其余4種，F(xiàn)v/Fm降低幅度分別為15.04%、16.02%，16.31%和18.87%。

2.2 鹽脅迫處理對8種姜科植物葉片非光化學(xué)淬滅NPQ的影響

由圖2可以看出，鹽脅迫對8種姜科植物葉片NPQ的影響，隨著脅迫程度的增加，8種姜科植物葉片的NPQ出現(xiàn)先升高后下降的趨勢，猜測是鹽濃度過高導(dǎo)致植物葉片受到的傷害程度超過植株的承受范圍，導(dǎo)致不能以熱的方式耗散過量的光能。其中僅花葉山姜和紅玉姜黃在低脅迫（A1）下的NPQ沒有顯著高于對照，可見鹽脅迫對植物NPQ值的影響較大。矮白姜花、春秋姜黃、花葉艷山姜的NPQ最大升高幅度明顯大于其余5種，NPQ值的下降幅度分別為147.51%、111.46%和114.53%，紅球姜的NPQ升高幅度最低，為35.12%。

2.3 鹽脅迫處理對8種姜科植物葉片實際光能轉(zhuǎn)化效率Y（Ⅱ）的影響

由圖3可以看出，鹽脅迫對8種姜科植物葉片Y（Ⅱ）的影響，隨著鹽脅迫程度的增強，8種姜科植物葉片的Y（Ⅱ）均不斷下降。其中紅球姜和矮白姜花在低脅迫（A1）處理下顯著低于對照，春秋姜黃、紅柄郁金、花葉山姜和益智在中高脅迫下顯著低于對照，花葉艷山姜和紅玉姜黃各處理間無明顯差異。矮白姜花、春秋姜黃的Y（Ⅱ） 降低幅度明顯大于其余6種，Y（Ⅱ）降低幅度分別為35.85%和35.38%，花葉艷山姜和花葉山姜下降幅度最低為10.70%和16.55%。

2.4 鹽脅迫處理對8種姜科植物葉片光化學(xué)淬滅系數(shù)qP的影響

由圖4可以看出，鹽脅迫越強，8種姜科植物的qP越低。其中矮白姜花，紅球姜和花葉艷山姜qP在中高脅迫（A3）下顯著低于對照，qP的下降幅度分別為13.20%，31.46%和21.04%。而春秋姜黃，益智和花葉山姜qP在低脅迫下（A1）顯著低于對照，其qP的下降幅度分別為37.24%，13.64%和21.63%。紅柄郁金qP的下降幅度最大，達到38.24%。

2.5 鹽脅迫處理對8種姜科植物葉片表觀電子傳遞速率ETR的影響

由圖5可以看出，鹽脅迫對姜科植物葉片ETR的影響表現(xiàn)為當(dāng)鹽脅迫程度不斷增強，8種姜科植物葉片的ETR均不斷下降。其中春秋姜黃各處理間差異顯著，ETR下降幅度為38.97%，可見鹽脅迫對其在ETR的影響較大。矮白姜花和花葉山姜到中高脅迫（A3）下顯著低于對照，其下降幅度分別為26.21%和12.70%。益智下降幅度最低，為8.79%，紅玉姜黃的下降幅度最高，達到40.39%。

2.6 鹽脅迫下葉片各葉綠素?zé)晒鈪?shù)的隸屬函數(shù)值分析

模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法可以將各自獨立存在的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成隸屬函數(shù)值，通過比較各指標(biāo)間的大小，進而分析各個物種的綜合耐脅迫能力。利用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法對8種姜科植物的葉綠素?zé)晒庀禂?shù)Fv/Fm，NPQ，Y（Ⅱ），qP和ETR進行分析，結(jié)果見表2?？梢钥闯?，矮白姜花的總值最低，達1.98，花葉山姜的總值為2.63，位列第一名，是矮白姜花的1.33倍?？梢园l(fā)現(xiàn)8種姜科優(yōu)良植物品種的耐鹽性高低順序為：花葉山姜>紅柄郁金>花葉艷山姜>紅玉姜黃>春秋姜黃>益智>紅球姜>矮白姜花。

3 討論

鹽脅迫可以導(dǎo)致光合電子傳遞速度減慢，從而限制植物的正常生長。葉綠素?zé)晒鈪?shù)通過表達葉片中PSII光能的吸收、分配，進而體現(xiàn)植物的受脅迫程度[2]。利用隸屬函數(shù)法綜合評價8種姜科植物的耐鹽性強弱為：花葉山姜>紅柄郁金>花葉艷山姜>紅玉姜黃>春秋姜黃>益智>紅球姜>矮白姜花。

研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽害程度的增加，8種姜科植物的Fv/Fm、Y（Ⅱ）、qP和ETR呈現(xiàn)出顯著性下降趨勢，說明葉片發(fā)生了光化學(xué)抑制；同時NPQ顯著高于對照，說明植株通過提高熱耗散消耗多余的光能保護自身免受傷害[2]。相較于其他幾個品種，花葉山姜的Fv/Fm、ETR下降程度最小，qP、Y（Ⅱ）下降程度居中，NPQ增長幅度居中但在最高脅迫（A4）處理下NPQ仍舊上升，說明花葉山姜在鹽脅迫下能夠保持較高的光系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率，同時通過提高熱耗散保護植物將多余的光能以熱的形式耗散，減輕鹽脅迫對其自身的傷害。

通過隸屬函數(shù)分析葉綠素?zé)晒鈪?shù)，對8種姜科植物的耐鹽性進行初步評價，發(fā)現(xiàn)花葉山姜相對于其他姜科植物的耐鹽性較強，其次是紅柄郁金，花葉艷山姜的耐鹽性排位第三，位于中上水平，這與何卓彥等[5]的研究中花葉山姜的耐鹽性低的結(jié)論不相符。在本試驗不同鹽分處理中，花葉艷山姜在形態(tài)上表現(xiàn)出比較明顯的差異，對照組生長良好，A1（2%）少數(shù)葉片微卷，A2組（4%）20%葉片微卷且邊緣輕微發(fā)黃，植株略微松散；A3（8%）和A4（12%）組葉片70%卷曲，且葉片邊緣枯黃較為明顯，60%假莖倒伏。而何卓彥的研究中中花葉艷山姜A1存活率100%，A2存活率50%，A3存活率20%。通過對比分析，初步認(rèn)為有以下幾點原因：（1）本研究主要針對部分姜科植物的抗鹽性比較，并未與其他科屬植物種類比較；（2）測試間隔時間不同，本文在處理9 d后進行指標(biāo)測試，而何卓彥等的研究處理1個月后進行指標(biāo)測試猜測前期植株較為健康，承受脅迫的能力也較強；（3）測試指標(biāo)不同導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)果出現(xiàn)一定差別，本文主要通過葉綠素?zé)晒鈪?shù)對姜科植物的耐鹽性進行分析。

多數(shù)品種在低鹽處理（A1）與對照有顯著性差異，抗性較強的花葉山姜和紅柄郁金也在中度脅迫（A2-A3）處理下與對照有顯著性差異。但是目前除了本文對姜科植物的耐鹽性進行研究的品種外，只有花葉艷山姜和紅豐收山姜，實驗種類數(shù)較少。后期可以針對姜科中不同屬的抗性比較，試圖篩選出抗性強的姜科植物。建議可以在濱海地區(qū)含鹽量一般的區(qū)域種植花葉山姜等姜科植物中抗性較強的品種，但是不要種植在濱海地區(qū)含鹽量較高的地方。

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