不同浓度磷对地枇杷生长及其锑吸收分布的影响

王勇，向媛，许微

(1.铜仁学院 材料与化学工程学院，贵州 铜仁 554300；2.铜仁市文化科技产业创新研究中心，贵州 铜仁 554300)

随着人类社会的工业发展，大量重金属污染物未经处理排放到周边环境中，不仅对周边动植物产生毒害作用，还会通过食物链等方式对人类产生严重的健康风险。面对日趋严重的重金属污染问题，人类亟需对重金属污染环境进行修复治理。在使用各种不同技术方法对环境中的重金属污染进行修复时，由于植物修复技术具有高效、环境友好型等特点，受到越来越多的重视[1-2]。利用植物修复重金属污染土壤的关键是找到合适的植物种类，再利用物理、化学、生物等方法进一步提高植物修复效率、缩短修复时间，其中土壤pH值、营养元素含量、重金属种类等多种外界条件对植物修复效果均有较大影响[3-4]。利用元素间的相互作用、植物对营养物质的吸收特点等强化修复效果，进一步提高修复效率的研究也越来越受到重视[5-6]。大量研究表明，钙、磷、氮等植物必需营养元素添加可以钝化土壤中的锌、砷、镉元素，降低重金属活性和移动能力，减少植物对重金属砷、镉的吸收，对植物的生长有促进作用[2，7-8]。

磷作为植物生长必需大量元素之一，在植物生长发育过程中起着重要作用，参与了包括光合作用、呼吸作用等许多生命活动过程，在能量储存和细胞信号传导、细胞分裂和细胞增大等过程中起着关键作用[9]。适当增加磷元素的供应不仅能够促进植物的生长、提高植物对其他营养元素的吸收利用，增加植物各部分的干物质积累，还能够提高蛋白质、糖类等营养成分的含量[10]。例如，适量地增加磷可以提高花生的光合速率，增加花生籽仁的赖氨酸、亚油酸等含量，从而改善花生营养品质[11]。在植物修复领域中，磷不仅能够影响植物对重金属的吸收，还会增加植物的抗氧化活性，减少重金属引起的过氧化作用和缓解重金属慢性毒性等[5，9，12]。例如，王智怡等[13]研究发现，外源磷能够减少铝在根尖的积累，降低水稻根系果胶和半纤维素含量，缓解铝毒带来的损伤。适量的磷不仅能够缓解砷对植物的毒性，限制植物对砷的吸收、转运，还会在一定程度上增加植物的生物量[14-15]。

地枇杷是一种常见的常绿藤本植物，对铅、镉、锑均有较好的耐受性，在植物修复方面具有较高的应用价值[16-17]。已有研究表明，在锑胁迫下地枇杷能通过调节体内抗氧化酶活性去除多余的活性氧和降低细胞膜的膜脂过氧化作用，从而减少光合作用能力受到的影响[18-19]。

然而，营养元素与锑复合处理对地枇杷的生理变化及锑吸收特征的研究未曾报道。本研究采用盆栽的方式，通过研究地枇杷生物量、叶绿素含量、脯氨酸含量等的变化情况，明确地枇杷在磷锑复合处理下生理响应和抗逆效果，对地枇杷的生长促进和锑污染土壤植物修复提供科学依据。

1 材料与方法

实验用地枇杷苗木由采集于湖南省冷水江市锡矿山的地枇杷扦插、繁殖获得。实验以砂培的方式进行，分别设置磷处理(0、15、30、60和180 mg·L-1)、锑+磷处理(22+0、22+15、22+30、22+60和22+180 mg·L-1)，其中磷源为NaH2PO4，锑源为酒石酸锑钾C4H4KO7Sb·1/2H2O。每个处理设3次重复，每盆3株地枇杷，砂培实验在塑料花盆中进行。间隔5 d每盆补充50 mL含有不同浓度磷和锑的1/2缺磷霍格兰营养液培养，共培养100 d。实验期间，其他培养条件均与地枇杷繁殖时保持一致。

1.1 生物量测定

首先使用浓度为20 mmol·L-1的Na2-EDTA对地枇杷根部浸泡30 min，然后用自来水冲洗干净后分为根、茎、叶3个部分，再使用去离子水冲洗3遍，分为根、茎和叶3部分后于105 ℃杀青30 min，再在70 ℃烘干至恒重，分别记录地枇杷根、茎和叶的干重。

1.2 叶绿素含量测定

培养40 d后采集地枇杷从上至下的第4或第5片完全展开的叶子，称取新鲜叶片样品0.1 g，将样品置于研钵中，加入少量的CaCO3和石英砂及0.5 mL纯丙酮研成匀浆，然后再用80%丙酮定容至25 mL，并在黑暗条件下放置24 h，提取液用于测定叶绿素和类胡萝卜素的含量。提取液中的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量用分光光度计测定(UV-4100，日立)，波长分别为646、663和470 nm[20]，并按照公式计算3种色素含量：Ca=12.21D663-2.81D646，Cb=20.13D646-5.03D663；Cxc=(1 000D470-3.27Ca-104Cb)/229。

其中，Ca、Cb表示叶绿素a和叶绿素b浓度；Cxc表示类胡萝卜素的总浓度，D663、D646和D470表示叶绿素提取液在波长663、646和470 nm下的吸光度。

1.3 脯氨酸测定

称取不同处理的地枇杷叶片各0.500 g放入研钵中并加入5 mL 3%的磺基水杨酸溶液研磨匀浆，然后转入10 mL离心管中，在沸水浴中提取10 min(提取过程中要经常摇动)，冷却后于3 000 r·min-1离心10 min，上清即为脯氨酸的提取液。脯氨酸含量使用酸性茚三酮法进行测定。

1.4 营养元素和锑的测定

称取0.200 g的地枇杷烘干样品，使用5 mL 4∶1的硝酸和高氯酸混合酸在电热板上进行消解，设定温度为160 ℃，消解完成后消解液使用50 mL容量瓶和超纯水进行定容，消解液中锑使用原子荧光光谱法测定(吉天AFS-810，北京，吉天仪器有限公司)。另称取一定量地枇杷烘干样品，利用H2SO4与H2O2进行消解，消解液中氮元素测定采用凯氏定氮仪(KDA-08)蒸馏后，盐酸滴定的方法测定；磷采用钒钼黄分光光度法测定；钾元素测定采用火焰原子吸收分光光度法测定[21]。

1.5 数据处理

本试验数据均为3次重复测定的平均值。采用SPSS统计软件对试验数据进行方差分析(ANOVA)，Tukey test检验对处理间的平均值进行显著性分析，当P<0.05时表示差异显著。数据用平均值±标准误差表示。

2 结果与分析

2.1 地枇杷的生物量

磷锑复合处理下地枇杷干重变化如图1所示。磷处理下，地枇杷根的干重变化不大，但地枇杷叶的干重随着磷浓度的增加先增加后降低，在磷浓度为15和30 mg·L-1时最大，分别比对照增加了42.91%和31.04%，而茎干重仅在磷浓度为30 mg·L-1时比对照显著增加了28.79%。结果说明，低浓度的磷处理对地枇杷叶和茎的干物质累积有促进作用，而高浓度的磷对地枇杷叶干物质的积累影响不大。锑磷复合处理时，不同浓度磷的加入均能在一定程度上增加地枇杷不同部分的干物质积累，且不同部分存在明显差异。地枇杷茎的干重变化不大，但地枇杷叶和根的干重均在磷+锑浓度180 mg·L-1+22 mg·L-1时比单一锑处理分别有明显增加。与单一磷处理相比，地枇杷叶干重在磷+锑的浓度分别为15 mg·L-1+22 mg·L-1和30 mg·L-1+22 mg·L-1时比磷浓度为15 mg·L-1和30 mg·L-1分别降低了15.28%和20.23%，而其在磷+锑浓度为180 mg·L-1+22 mg·L-1时，比磷浓度为180 mg·L-1明显增加了23.64%。此外，根干重在磷+锑浓度为15 mg·L-1+22 mg·L-1、30 mg·L-1+22 mg·L-1、60 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1时，分别比磷浓度为15、30、60和180 mg·L-1时增加了27.66%、35.21%、36.76%和75.76%。磷与锑复合处理时，锑的加入不仅能显著促进地枇杷根干物质的积累，而且低浓度磷锑复合处理时能够抑制地枇杷叶的干物质积累，而高浓度磷与锑复合处理时能够促进地枇杷叶干物质的积累。

图中柱上无相同小写字母表示在0.05水平差异显著，图2～7同。A表示叶，B表示茎，C表示根。图1 磷锑复合处理对地枇杷干重的影响Fig.1 Effect of phosphorus and antimony treatment on dry weight of Ficus tikoua

2.2 叶绿素含量

磷锑复合处理下地枇杷叶绿素含量变化如图2所示。很明显，高浓度磷能增加地枇杷类胡萝卜素含量，而对地枇杷叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a/叶绿素b影响不大，仅类胡萝卜素含量在磷浓度为180 mg·L-1处理下比对照增加了28.51%。磷锑复合处理时，地枇杷叶绿素a、类胡萝卜素、叶绿素a/叶绿素b在磷+锑浓度为60 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1有明显变化，其分别比单一锑处理时增加了10.22%、20.27%、31.25%和24.48%、37.03%和35.88%。而地枇杷叶绿素b含量在磷+锑浓度为60 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1时，比单一锑处理时降低了17.01%和15.48%。

图2 磷锑复合处理对地枇杷叶绿素含量的影响Fig.2 Effect of phosphorus and antimony treatment on chlorophyll content of Ficus tikoua

结果表明，锑处理时中高浓度的磷加入能够促进叶绿素a和类胡萝卜素的合成，而抑制叶绿素b的合成。与单一磷处理相比，低浓度磷+锑复合处理对地枇杷叶绿素指标影响不大，但高浓度的磷锑复合处理促进叶绿素a的合成，增加地枇杷叶绿素a含量。地枇杷叶绿素a和叶绿素a/叶绿素b在磷+锑浓度为180 mg·L-1+22 mg·L-1时比磷浓度为180 mg·L-1时有明显增加。

2.3 脯氨酸含量

磷锑复合处理下地枇杷叶绿素含量变化如图3所示。磷处理下，地枇杷叶中脯氨酸含量随着磷浓度增加逐渐增加，在磷浓度为180 mg·L-1时含量最高。而地枇杷根中脯氨酸随着磷浓度增加而逐渐降低，且在对照时含量最高。结果表明，高浓度磷处理会增加地枇杷叶中脯氨酸含量，而缺磷会增加地枇杷根中的脯氨酸含量。磷锑复合处理时，地枇杷根中脯氨酸含量变化不大，而叶中脯氨酸随着磷浓度的增加先增加而后降低，在磷+锑浓度为15 mg·L-1+22 mg·L-1达到最大值。与磷处理相比，磷锑复合处理中，地枇杷叶中脯氨酸含量在磷+锑浓度为60 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1时分别比磷浓度为60和180 mg·L-1明显降低了50.49%和79.97%；而在磷+锑浓度为15 mg·L-1+22 mg·L-1时比磷浓度为15 mg·L-1，显著增加了71.25%。磷锑复合处理中，锑的加入均能明显降低地枇杷根中脯氨酸含量，其在磷+锑浓度为0 mg·L-1+22 mg·L-1、15 mg·L-1+22 mg·L-1、30 mg·L-1+22 mg·L-1、60 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1时分别比磷浓度为0、15、30、60和180 mg·L-1时明显降低了53.76%、47.85%、54.34%、40.10%和50.39%。这表明磷锑复合处理时，锑与低浓度磷复合处理能够增加叶中脯氨酸含量，而锑与高浓度磷复合处理能够明显降低地枇杷叶和根中脯氨酸含量。

A表示叶，B表示根。图3 磷锑复合处理对地枇杷脯氨酸含量的影响Fig.3 Effect of phosphorus and antimony treatment on proline content of Ficus tikoua

2.4 氮磷钾含量

由图4可知，磷处理并不会增加地枇杷叶片中氮含量，相反除在磷浓度30 mg·L-1时与对照差异不大外，其他磷处理还会明显抑制地枇杷叶中氮的累积。而地枇杷茎中氮含量与其有相反的规律，除在磷浓度为30 mg·L-1时茎中氮含量没有变化，其余处理均能增加地枇杷茎中氮的含量。同时地枇杷根中氮的含量在磷浓度为180 mg·L-1时最高，为27.28 mg·g-1，其余处理之间地枇杷根中氮含量差异不大。磷锑复合条件下，地枇杷叶中氮含量在磷+锑浓度为30 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1时最高，分别为29.44和27.59 mg·g-1，而在磷+锑浓度为15 mg·L-1+22 mg·L-1和60 mg·L-1+22 mg·L-1时最低。虽然地枇杷茎中氮的含量在磷+锑浓度为180 mg·L-1+22 mg·L-1时变化不大，但其他处理对地枇杷茎中氮的累积有抑制作用，能够降低地枇杷茎中氮的含量。此外，地枇杷根中氮的含量在磷+锑浓度为180 mg·L-1+22 mg·L-1时有明显增加。与磷处理相比，低浓度的磷和锑复合处理时，锑的加入能够降低地枇杷叶中氮的含量，且在磷+锑浓度为15 mg·L-1+22 mg·L-1、60 mg·L-1+22 mg·L-1时变化明显。虽然磷锑复合处理时，锑的加入均能增加地枇杷根中氮的含量，但地枇杷茎中氮的含量仅在磷锑浓度为60 mg·L-1+22 mg·L-1时有明显降低。

A表示叶，B表示茎，C表示根。图4 磷锑复合处理对地枇杷氮含量的影响Fig.4 Effect of phosphorus and antimony treatment on nitrogen content of Ficus tikoua

磷锑复合处理下地枇杷磷含量变化如图5所示。磷处理下，地枇杷叶和根中磷含量随着磷浓度的增加而增加，而地枇杷茎内磷的含量变化不明显。同样，磷锑复合处理下地枇杷根茎叶中磷的含量均随着磷+锑浓度的增加而增加，且在磷+锑浓度为180 mg·L-1+22 mg·L-1时含量最高。与磷处理相比，磷锑复合处理中，茎和根中磷的含量在磷+锑浓度180 mg·L-1+22 mg·L-1时最高，分别是磷浓度为180 mg·L-1时的1.60倍和1.19倍，表明磷浓度较高时锑的加入对地枇杷根中磷的累积影响不大，但是其对茎和叶中磷的积累有促进作用。

A表示叶，B表示茎，C表示根。图5 磷锑复合处理对地枇杷磷含量的影响Fig.5 Effect of phosphorus and antimony treatment on phosphorus content of Ficus tikoua

磷锑复合对地枇杷钾含量影响如图6所示。虽然磷处理对地枇杷叶和茎中钾的含量影响不大，但在磷浓度为30和60 mg·L-1时，地枇杷根中钾含量有明显降低，而在磷浓度为180 mg·L-1时含量最高。磷锑复合处理对地枇杷叶中钾含量影响不大，地枇杷茎中钾的含量在磷+锑浓度为15 mg·L-1+22 mg·L-1和60 mg·L-1+22 mg·L-1时含量最低，但处理间没有差异。地枇杷根中钾的含量随磷锑复合浓度增加，先增加而后减少，在磷+锑浓度为30 mg·L-1+22 mg·L-1时含量最高。与单一磷处理相比，低浓度磷锑复合会降低地枇杷叶中钾含量，而中高浓度的磷处理下锑的加入会降低地枇杷茎中钾的含量。同时在中低浓度的磷锑复合处理时，促进地枇杷根对钾的吸收，在磷+锑浓度为15 mg·L-1+22 mg·L-1、30 mg·L-1+22 mg·L-1和60 mg·L-1+22 mg·L-1时对根中钾含量有明显促进作用。

A表示叶，B表示茎，C表示根。图6 磷锑复合处理对地枇杷钾含量的影响Fig.6 Effect of phosphorus and antimony treatment on potassium content of Ficus tikoua

2.5 锑含量

磷锑复合处理下地枇杷锑含量变化如图7所示。地枇杷根中锑的含量随磷锑复合处理浓度增加而增加，在磷+锑浓度为15 mg·L-1+22 mg·L-1、60 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1时，锑的含量分别比单一锑处理时增加了17.55%、34.77%和49.85%。此外，磷锑复合处理对地枇杷茎中锑的含量影响不大，但是磷的加入会明显降低叶中锑的含量，且处理间差别不明显。结果表明，磷的加入能够促进地枇杷根对锑的吸收，而限制锑在地枇杷叶中的存储。

图7 磷锑复合处理对地枇杷锑含量的影响Fig.7 Effect of phosphorus and antimony treatment on antimony content of Ficus tikoua

3 讨论与结论

磷是植物生长发育和维持正常生理功能的重要元素之一，通常环境中磷的供应量是植物生长发育的一种限制因素。当磷供应不足或过量时都会造成植物光合作用效率降低，营养元素的吸收利用减少等生理功能的紊乱，最终造成植物生产能力降低，干物质积累减少[22]。这种不利影响不仅与磷的浓度有关，也与植物的种类有很大的关系。例如，阳显斌等[23]研究发现，在相同磷浓度下，磷高效品种籽粒产量和生物产量均高于磷低效基因型。青蒜苗植株鲜重、假茎长及假茎粗随磷浓度升高呈先增大后减小规律，并在磷浓度1.5 mmol·L-1时效果最佳。本研究中，磷浓度为30 mg·L-1以下时，地枇杷茎和叶的干重较高，表明低浓度磷对地枇杷茎和叶的干物质累积有促进作用，而高浓度的磷对地枇杷干物质累积影响不大。当培养基质中磷元素的过量增长，会对植物产生毒害作用，造成膜脂过氧化作用、叶绿素含量降低、光合作用系统损伤等。在本研究中，高浓度磷处理会增加地枇杷叶中游离脯氨酸含量，同时激发地枇杷体内的色素保护机制，增加类胡萝卜素的含量。这表明虽然随着磷元素的增加，地枇杷叶片受到过量磷的毒害作用，但地枇杷通过调节保护色素的方式来避免光合作用系统的损伤，从而维持正常的生理功能。不仅如此，磷的添加也会对植物体内钾、钙、锌等营养元素的吸收产生影响[2，24]。在本研究中，磷的添加不仅能够增加地枇杷根和叶中磷的含量，而且高浓度磷对地枇杷根中钾的吸收有促进作用。

磷锑砷属于同一主族元素，有着类似的性质，研究表明，当同时存在磷锑或磷砷时，磷的添加不仅能影响植物对重金属锑砷的吸收，也会对植物的生理活动产生较大影响[1，14]。本研究发现，锑处理中，磷的加入能够促进地枇杷根对锑的吸收，而限制锑在地枇杷叶中的存储。进一步表明在地枇杷体内磷对锑的吸收存储，不仅与元素相关，而且与植物的部位相关。锑处理下，磷的加入也会对地枇杷营养元素的吸收有显著的影响，低浓度磷会增加叶片中钾的含量，而高浓度磷对地枇杷叶和根中氮的增加有促进作用。总的说来，虽然磷对锑处理下地枇杷生长有促进作用，能够增加地枇杷根叶的干物质累积，而且高浓度磷能够缓解锑的毒害作用，降低脯氨酸含量，但中高浓度的磷对叶绿素a和类胡萝卜素的合成有促进作用，而对叶绿素b的合成有抑制作用。从另一方面来说，锑能够在一定程度上缓解过高的磷产生的毒害作用，降低地枇杷叶和根中脯氨酸含量，促进叶绿素a的合成，而且能够增加地枇杷根和叶的干物质累积。但在元素吸收积累方面，表现更为复杂，虽然锑的加入对磷处理下的地枇杷根中氮的积累有促进作用，但是对叶片而言，低浓度磷处理下，锑的加入反而会抑制地枇杷叶中氮、钾的累积。