銻脅迫對菖蒲幼苗生理和生長的影響研究

胡龑 ，朱寧 ，劉飛 *

（1.淮北市林業局，安徽 淮北 235000；2.淮北師范大學，安徽 淮北 235000）

銻（Antimony）是一種普遍存在于環境中的微量元素，屬全球性污染物，具有潛在毒性。銻元素不是植物生長所必須的元素，當它在土壤中以溶液的形式存在時，容易被植物吸收并對植物產生毒害作用。隨著人類對自然環境改造的加深及含銻的化學物質在日常生活中的廣泛使用，大量的銻開始進入水體、土壤和大氣中，對相應環境中的生物產生影響，并在食物鏈的傳遞下，對位于食物鏈頂端的人類造成巨大危害。銻主要以+3 價和+5 價的形式存在于環境中，其毒性的強弱不僅僅與其用量的大小有關，還取決于銻存在的形態。它能對植物的生長發育產生抑制作用，影響植物的發芽率，當銻的濃度較高時會對植物的光合作用產生影響并能降低葉片中葉綠素的合成效率。

鉀（Potassium）是植物生長所需的三個主要營養元素之一，它對植物體內多種酶的激活有重要作用。在土壤中施加鉀肥，能夠改變土壤的pH 值和表面電荷，或直接與重金屬離子發生作用，從而影響重金屬離子的活性，能夠減輕重金屬離子對植物的毒害作用。

Acorus calamus

當銻作用于植物時，其產生的影響是比較復雜的，當銻的濃度較低時，對某些植物生長能夠起到促進作用，但當其濃度較高時就會對植物產生毒害作用。利用室內盆栽法探討銻脅迫對菖蒲生長的影響，有助于揭示鉀對銻脅迫下菖蒲的緩解機理，并為進一步發掘菖蒲的生態的價值提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地位于安徽省淮北市淮北師范大學生命科學學院所屬的大棚內，棚內溫度為28 ℃，有利于春播和越冬作物的生長。供試植物為菖蒲幼苗。所需試劑為酒石酸銻鉀（CHKOSb）、磷酸二氫鉀（KHPO）。種植菖蒲的無排水孔花盆21 個，規格為長26 cm、寬18 cm、高45 cm。

1.2 試驗方法

以菖蒲為供試材料，首先，將所有花盆中裝入同質且等量的土壤10 kg；然后，在盆中加入等量的鉀（6 g）及不同濃度梯度的銻（0、100、500、1 000、1 500、2 000、3 000 mg/kg）并攪拌均勻，鉀以磷酸二氫鉀的形式加入，銻以酒石酸銻鉀的形式加入，同時，施入等量肥料；最后，將培育在營養液中的菖蒲幼苗進行分株，種植在盆中，每盆一株。栽后及時澆水至土壤浸透并沒過水面，整個試驗過程要維持水量沒過土壤2 cm 左右。

8 周后對菖蒲幼苗的各項指標進行測量。用卷尺測量苗高；用LI-6400 便攜式光合儀（美國）測定菖蒲幼苗葉片光合作用；用乙醇法對菖蒲幼苗葉片中葉綠素進行提取，再用分光光度計在波長為665 nm 和645 nm 時對各浸取液的吸光度值進行測定，并根據公式（1）和（2）計算葉綠素的含量。

式中 A、A為葉綠素溶液在 645 nm 和 665 nm 處的吸光度；V 為提取液體積，mL；N 為稀釋倍數；W 為樣品鮮重或干重，g。

試驗設6 個處理，3 次重復。

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel 與SPSS 軟件進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 銻脅迫對菖蒲幼苗苗高產生的影響

重金屬對植物生長發育的影響，能夠通過苗高表現出來。當銻對植物產生毒害作用時，會發生葉片瘦小、發育不良、植株矮小的現象。對菖蒲在銻脅迫下苗高生長情況進行觀測，結果見圖1。

圖1 不同濃度銻對菖蒲苗高的影響

由圖1 可知，當銻脅迫的濃度為100 mg/kg 時，對菖蒲的生長產生促進作用，苗高達到最大值；當銻處理的濃度為500 mg/kg 時，相比對照組，對菖蒲生長已經產生了抑制影響；并且當銻處理濃度大于500 mg/kg 時，隨著濃度的增加，對菖蒲幼苗生長的抑制強度增加，菖蒲葉片開始出現發黃；當銻處理濃度為3 000 mg/kg 時，抑制效果顯著，菖蒲呈現蔫萎現象。可以得出，當菖蒲種植于銻污染濃度為100 mg/kg 左右的濕地中，適當施加鉀肥，能夠對菖蒲的生長產生促進作用。

2.2 銻脅迫對菖蒲幼苗光合作用的影響

光合作用能夠直接為植物的生長發育提供能量，是植物生產能力的重要評價標準。菖蒲作為一種濕地植物，光合作用強度與其吸收水體污染物的能力有直接關系。光合作用的強度可以作為研究銻對菖蒲幼苗生長產生的影響的重要指標。鉀在銻脅迫下對菖蒲幼苗光合作用的影響結果見圖2。

由圖2 可以看出，隨著銻濃度的增加，葉片光合速率的作用呈現出先增高再降低的趨勢。

圖2 不同濃度銻處理對葉片光合速率的影響

當銻濃度為100 mg/kg 時，菖蒲幼苗葉片的凈光合速率達到最大。相對于對照組，銻濃度為500 mg/kg 時，開始對菖蒲幼苗葉片的光合速率產生抑制，在銻濃度為 1 500 mg/kg、2 000 mg/kg、3 000 mg/kg 時抑制作用較為明顯。可以得出，當銻濃度處于較低水平時，鉀對菖蒲的生長發育具有促進作用。

2.3 銻脅迫對菖蒲幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素含量取葉綠素a 與葉綠素b 含量的總和，測定結果如圖3 所示。葉綠素是植物獲取能量的基本物質條件。植物的葉綠素含量與其內部的鉀離子是相互依存的，鉀離子的一個重要作用就是維持植物體內葉綠素的存在。光合作用在缺乏葉綠素的條件下無法進行。

由圖3 可知，隨著銻濃度的增加，葉綠素含量呈現先增加再降低的趨勢。當銻濃度為100 mg/kg 時，鉀與銻之間可能產生了某種離子間相互作用的機制，促進了菖蒲幼苗對鉀的吸收，葉綠素含量最高；當銻濃度大于100 mg/kg 時，隨著銻濃度的增加，葉綠素含量下降。

圖3 不同濃度銻處理下的葉綠素含量

3 討論

通過研究不同濃度銻對菖蒲幼苗苗高的影響，發現當銻濃度為100 mg/kg 時，菖蒲植株生長情況最好；當銻濃度持續增加后，菖蒲生長受到抑制。這意味著當銻的濃度較低時，對菖蒲生長會產生促進作用。楊小勇等在研究重金屬對水稻的脅迫影響時發現，當重金屬離子濃度較低時，會對植物的最終苗高有促進影響；而當濃度較高時則會產生抑制作用。在對菖蒲葉片葉綠素含量的研究中發現，當銻濃度較低（100 mg/kg）時，其葉片中葉綠素含量最高；之后隨著銻濃度的升高而降低，當銻濃度為1 000 mg/kg時，菖蒲葉片中葉綠素含量已經明顯被抑制。魯先文等也發現，當重金屬處于較低濃度水平時，對植物葉片中葉綠素含量有促進作用；當濃度較高時，則會產生嚴重毒害作用。分析原因可能與金屬元素離子間相互作用有關，低濃度促進了植物對合成葉綠素關鍵離子的吸收，增加了葉綠素含量；而當濃度較高時，重金屬離子對葉片內部結構造成嚴重破壞，合成葉綠素的過程被抑制。同樣的，在研究菖蒲葉片光合作用強度時，當銻濃度為100 mg/kg 時，其光合作用出現最高值，之后隨著銻濃度增加，光合作用被明顯抑制。

銻對植物產生的影響是非常復雜的。當銻處于較低濃度時，對植物的生長有促進作用；當其濃度較高時，則會出現抑制植物生長的現象。但銻的“低濃度”對于不同植物而言是不同的，尤其是具有環境修復能力的植物，掌握其對銻的耐受度，對保護自然環境具有重大意義。

4 結論

在控制其他條件一致時，添加一定濃度的鉀，可以有效緩解銻對菖蒲的毒性，隨著銻濃度的升高，菖蒲幼苗的光合作用呈現先增高后降低的趨勢。當銻濃度為100 mg/kg 時，菖蒲的光合作用強度達到最大，此后隨著銻濃度的升高，光合強度逐漸降低；葉片中的葉綠素含量及苗高亦在銻濃度為100 mg/kg時達到最大，隨后降低，呈現先增高后降低的趨勢。這與菖蒲作為一種能夠富集重金屬離子的植物有關，也與銻離子對植物作用的復雜性有關，此外，鉀對菖蒲毒性的緩解作用機理還有待探討。