锑胁迫对菖蒲幼苗生理和生长的影响研究

胡龑 ，朱宁 ，刘飞 *

（1.淮北市林业局，安徽 淮北 235000；2.淮北师范大学，安徽 淮北 235000）

锑（Antimony）是一种普遍存在于环境中的微量元素，属全球性污染物，具有潜在毒性。锑元素不是植物生长所必须的元素，当它在土壤中以溶液的形式存在时，容易被植物吸收并对植物产生毒害作用。随着人类对自然环境改造的加深及含锑的化学物质在日常生活中的广泛使用，大量的锑开始进入水体、土壤和大气中，对相应环境中的生物产生影响，并在食物链的传递下，对位于食物链顶端的人类造成巨大危害。锑主要以+3 价和+5 价的形式存在于环境中，其毒性的强弱不仅仅与其用量的大小有关，还取决于锑存在的形态。它能对植物的生长发育产生抑制作用，影响植物的发芽率，当锑的浓度较高时会对植物的光合作用产生影响并能降低叶片中叶绿素的合成效率。

钾（Potassium）是植物生长所需的三个主要营养元素之一，它对植物体内多种酶的激活有重要作用。在土壤中施加钾肥，能够改变土壤的pH 值和表面电荷，或直接与重金属离子发生作用，从而影响重金属离子的活性，能够减轻重金属离子对植物的毒害作用。

菖蒲（

Acorus calamus

）为天南星科多年生草本植物，具有药用价值，近20 年多被用于吸收污染水体中的N、P 以及重金属污染物，具有较高的生态环境价值。

当锑作用于植物时，其产生的影响是比较复杂的，当锑的浓度较低时，对某些植物生长能够起到促进作用，但当其浓度较高时就会对植物产生毒害作用。利用室内盆栽法探讨锑胁迫对菖蒲生长的影响，有助于揭示钾对锑胁迫下菖蒲的缓解机理，并为进一步发掘菖蒲的生态的价值提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地位于安徽省淮北市淮北师范大学生命科学学院所属的大棚内，棚内温度为28 ℃，有利于春播和越冬作物的生长。供试植物为菖蒲幼苗。所需试剂为酒石酸锑钾（CHKOSb）、磷酸二氢钾（KHPO）。种植菖蒲的无排水孔花盆21 个，规格为长26 cm、宽18 cm、高45 cm。

1.2 试验方法

以菖蒲为供试材料，首先，将所有花盆中装入同质且等量的土壤10 kg；然后，在盆中加入等量的钾（6 g）及不同浓度梯度的锑（0、100、500、1 000、1 500、2 000、3 000 mg/kg）并搅拌均匀，钾以磷酸二氢钾的形式加入，锑以酒石酸锑钾的形式加入，同时，施入等量肥料；最后，将培育在营养液中的菖蒲幼苗进行分株，种植在盆中，每盆一株。栽后及时浇水至土壤浸透并没过水面，整个试验过程要维持水量没过土壤2 cm 左右。

8 周后对菖蒲幼苗的各项指标进行测量。用卷尺测量苗高；用LI-6400 便携式光合仪（美国）测定菖蒲幼苗叶片光合作用；用乙醇法对菖蒲幼苗叶片中叶绿素进行提取，再用分光光度计在波长为665 nm 和645 nm 时对各浸取液的吸光度值进行测定，并根据公式（1）和（2）计算叶绿素的含量。

式中 A、A为叶绿素溶液在 645 nm 和 665 nm 处的吸光度；V 为提取液体积，mL；N 为稀释倍数；W 为样品鲜重或干重，g。

试验设6 个处理，3 次重复。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 与SPSS 软件进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 锑胁迫对菖蒲幼苗苗高产生的影响

重金属对植物生长发育的影响，能够通过苗高表现出来。当锑对植物产生毒害作用时，会发生叶片瘦小、发育不良、植株矮小的现象。对菖蒲在锑胁迫下苗高生长情况进行观测，结果见图1。

图1 不同浓度锑对菖蒲苗高的影响

由图1 可知，当锑胁迫的浓度为100 mg/kg 时，对菖蒲的生长产生促进作用，苗高达到最大值；当锑处理的浓度为500 mg/kg 时，相比对照组，对菖蒲生长已经产生了抑制影响；并且当锑处理浓度大于500 mg/kg 时，随着浓度的增加，对菖蒲幼苗生长的抑制强度增加，菖蒲叶片开始出现发黄；当锑处理浓度为3 000 mg/kg 时，抑制效果显著，菖蒲呈现蔫萎现象。可以得出，当菖蒲种植于锑污染浓度为100 mg/kg 左右的湿地中，适当施加钾肥，能够对菖蒲的生长产生促进作用。

2.2 锑胁迫对菖蒲幼苗光合作用的影响

光合作用能够直接为植物的生长发育提供能量，是植物生产能力的重要评价标准。菖蒲作为一种湿地植物，光合作用强度与其吸收水体污染物的能力有直接关系。光合作用的强度可以作为研究锑对菖蒲幼苗生长产生的影响的重要指标。钾在锑胁迫下对菖蒲幼苗光合作用的影响结果见图2。

由图2 可以看出，随着锑浓度的增加，叶片光合速率的作用呈现出先增高再降低的趋势。

图2 不同浓度锑处理对叶片光合速率的影响

当锑浓度为100 mg/kg 时，菖蒲幼苗叶片的净光合速率达到最大。相对于对照组，锑浓度为500 mg/kg 时，开始对菖蒲幼苗叶片的光合速率产生抑制，在锑浓度为 1 500 mg/kg、2 000 mg/kg、3 000 mg/kg 时抑制作用较为明显。可以得出，当锑浓度处于较低水平时，钾对菖蒲的生长发育具有促进作用。

2.3 锑胁迫对菖蒲幼苗叶绿素含量的影响

叶绿素含量取叶绿素a 与叶绿素b 含量的总和，测定结果如图3 所示。叶绿素是植物获取能量的基本物质条件。植物的叶绿素含量与其内部的钾离子是相互依存的，钾离子的一个重要作用就是维持植物体内叶绿素的存在。光合作用在缺乏叶绿素的条件下无法进行。

由图3 可知，随着锑浓度的增加，叶绿素含量呈现先增加再降低的趋势。当锑浓度为100 mg/kg 时，钾与锑之间可能产生了某种离子间相互作用的机制，促进了菖蒲幼苗对钾的吸收，叶绿素含量最高；当锑浓度大于100 mg/kg 时，随着锑浓度的增加，叶绿素含量下降。

图3 不同浓度锑处理下的叶绿素含量

3 讨论

通过研究不同浓度锑对菖蒲幼苗苗高的影响，发现当锑浓度为100 mg/kg 时，菖蒲植株生长情况最好；当锑浓度持续增加后，菖蒲生长受到抑制。这意味着当锑的浓度较低时，对菖蒲生长会产生促进作用。杨小勇等在研究重金属对水稻的胁迫影响时发现，当重金属离子浓度较低时，会对植物的最终苗高有促进影响；而当浓度较高时则会产生抑制作用。在对菖蒲叶片叶绿素含量的研究中发现，当锑浓度较低（100 mg/kg）时，其叶片中叶绿素含量最高；之后随着锑浓度的升高而降低，当锑浓度为1 000 mg/kg时，菖蒲叶片中叶绿素含量已经明显被抑制。鲁先文等也发现，当重金属处于较低浓度水平时，对植物叶片中叶绿素含量有促进作用；当浓度较高时，则会产生严重毒害作用。分析原因可能与金属元素离子间相互作用有关，低浓度促进了植物对合成叶绿素关键离子的吸收，增加了叶绿素含量；而当浓度较高时，重金属离子对叶片内部结构造成严重破坏，合成叶绿素的过程被抑制。同样的，在研究菖蒲叶片光合作用强度时，当锑浓度为100 mg/kg 时，其光合作用出现最高值，之后随着锑浓度增加，光合作用被明显抑制。

锑对植物产生的影响是非常复杂的。当锑处于较低浓度时，对植物的生长有促进作用；当其浓度较高时，则会出现抑制植物生长的现象。但锑的“低浓度”对于不同植物而言是不同的，尤其是具有环境修复能力的植物，掌握其对锑的耐受度，对保护自然环境具有重大意义。

4 结论

在控制其他条件一致时，添加一定浓度的钾，可以有效缓解锑对菖蒲的毒性，随着锑浓度的升高，菖蒲幼苗的光合作用呈现先增高后降低的趋势。当锑浓度为100 mg/kg 时，菖蒲的光合作用强度达到最大，此后随着锑浓度的升高，光合强度逐渐降低；叶片中的叶绿素含量及苗高亦在锑浓度为100 mg/kg时达到最大，随后降低，呈现先增高后降低的趋势。这与菖蒲作为一种能够富集重金属离子的植物有关，也与锑离子对植物作用的复杂性有关，此外，钾对菖蒲毒性的缓解作用机理还有待探讨。