不同濃度磷對地枇杷生長及其銻吸收分布的影響

王勇，向媛，許微

(1.銅仁學院 材料與化學工程學院，貴州 銅仁 554300；2.銅仁市文化科技產業創新研究中心，貴州 銅仁 554300)

隨著人類社會的工業發展，大量重金屬污染物未經處理排放到周邊環境中，不僅對周邊動植物產生毒害作用，還會通過食物鏈等方式對人類產生嚴重的健康風險。面對日趨嚴重的重金屬污染問題，人類亟需對重金屬污染環境進行修復治理。在使用各種不同技術方法對環境中的重金屬污染進行修復時，由于植物修復技術具有高效、環境友好型等特點，受到越來越多的重視[1-2]。利用植物修復重金屬污染土壤的關鍵是找到合適的植物種類，再利用物理、化學、生物等方法進一步提高植物修復效率、縮短修復時間，其中土壤pH值、營養元素含量、重金屬種類等多種外界條件對植物修復效果均有較大影響[3-4]。利用元素間的相互作用、植物對營養物質的吸收特點等強化修復效果，進一步提高修復效率的研究也越來越受到重視[5-6]。大量研究表明，鈣、磷、氮等植物必需營養元素添加可以鈍化土壤中的鋅、砷、鎘元素，降低重金屬活性和移動能力，減少植物對重金屬砷、鎘的吸收，對植物的生長有促進作用[2，7-8]。

磷作為植物生長必需大量元素之一，在植物生長發育過程中起著重要作用，參與了包括光合作用、呼吸作用等許多生命活動過程，在能量儲存和細胞信號傳導、細胞分裂和細胞增大等過程中起著關鍵作用[9]。適當增加磷元素的供應不僅能夠促進植物的生長、提高植物對其他營養元素的吸收利用，增加植物各部分的干物質積累，還能夠提高蛋白質、糖類等營養成分的含量[10]。例如，適量地增加磷可以提高花生的光合速率，增加花生籽仁的賴氨酸、亞油酸等含量，從而改善花生營養品質[11]。在植物修復領域中，磷不僅能夠影響植物對重金屬的吸收，還會增加植物的抗氧化活性，減少重金屬引起的過氧化作用和緩解重金屬慢性毒性等[5，9，12]。例如，王智怡等[13]研究發現，外源磷能夠減少鋁在根尖的積累，降低水稻根系果膠和半纖維素含量，緩解鋁毒帶來的損傷。適量的磷不僅能夠緩解砷對植物的毒性，限制植物對砷的吸收、轉運，還會在一定程度上增加植物的生物量[14-15]。

地枇杷是一種常見的常綠藤本植物，對鉛、鎘、銻均有較好的耐受性，在植物修復方面具有較高的應用價值[16-17]。已有研究表明，在銻脅迫下地枇杷能通過調節體內抗氧化酶活性去除多余的活性氧和降低細胞膜的膜脂過氧化作用，從而減少光合作用能力受到的影響[18-19]。

然而，營養元素與銻復合處理對地枇杷的生理變化及銻吸收特征的研究未曾報道。本研究采用盆栽的方式，通過研究地枇杷生物量、葉綠素含量、脯氨酸含量等的變化情況，明確地枇杷在磷銻復合處理下生理響應和抗逆效果，對地枇杷的生長促進和銻污染土壤植物修復提供科學依據。

1 材料與方法

實驗用地枇杷苗木由采集于湖南省冷水江市錫礦山的地枇杷扦插、繁殖獲得。實驗以砂培的方式進行，分別設置磷處理(0、15、30、60和180 mg·L-1)、銻+磷處理(22+0、22+15、22+30、22+60和22+180 mg·L-1)，其中磷源為NaH2PO4，銻源為酒石酸銻鉀C4H4KO7Sb·1/2H2O。每個處理設3次重復，每盆3株地枇杷，砂培實驗在塑料花盆中進行。間隔5 d每盆補充50 mL含有不同濃度磷和銻的1/2缺磷霍格蘭營養液培養，共培養100 d。實驗期間，其他培養條件均與地枇杷繁殖時保持一致。

1.1 生物量測定

首先使用濃度為20 mmol·L-1的Na2-EDTA對地枇杷根部浸泡30 min，然后用自來水沖洗干凈后分為根、莖、葉3個部分，再使用去離子水沖洗3遍，分為根、莖和葉3部分后于105 ℃殺青30 min，再在70 ℃烘干至恒重，分別記錄地枇杷根、莖和葉的干重。

1.2 葉綠素含量測定

培養40 d后采集地枇杷從上至下的第4或第5片完全展開的葉子，稱取新鮮葉片樣品0.1 g，將樣品置于研缽中，加入少量的CaCO3和石英砂及0.5 mL純丙酮研成勻漿，然后再用80%丙酮定容至25 mL，并在黑暗條件下放置24 h，提取液用于測定葉綠素和類胡蘿卜素的含量。提取液中的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量用分光光度計測定(UV-4100，日立)，波長分別為646、663和470 nm[20]，并按照公式計算3種色素含量：Ca=12.21D663-2.81D646，Cb=20.13D646-5.03D663；Cxc=(1 000D470-3.27Ca-104Cb)/229。

其中，Ca、Cb表示葉綠素a和葉綠素b濃度；Cxc表示類胡蘿卜素的總濃度，D663、D646和D470表示葉綠素提取液在波長663、646和470 nm下的吸光度。

1.3 脯氨酸測定

稱取不同處理的地枇杷葉片各0.500 g放入研缽中并加入5 mL 3%的磺基水楊酸溶液研磨勻漿，然后轉入10 mL離心管中，在沸水浴中提取10 min(提取過程中要經常搖動)，冷卻后于3 000 r·min-1離心10 min，上清即為脯氨酸的提取液。脯氨酸含量使用酸性茚三酮法進行測定。

1.4 營養元素和銻的測定

稱取0.200 g的地枇杷烘干樣品，使用5 mL 4∶1的硝酸和高氯酸混合酸在電熱板上進行消解，設定溫度為160 ℃，消解完成后消解液使用50 mL容量瓶和超純水進行定容，消解液中銻使用原子熒光光譜法測定(吉天AFS-810，北京，吉天儀器有限公司)。另稱取一定量地枇杷烘干樣品，利用H2SO4與H2O2進行消解，消解液中氮元素測定采用凱氏定氮儀(KDA-08)蒸餾后，鹽酸滴定的方法測定；磷采用釩鉬黃分光光度法測定；鉀元素測定采用火焰原子吸收分光光度法測定[21]。

1.5 數據處理

本試驗數據均為3次重復測定的平均值。采用SPSS統計軟件對試驗數據進行方差分析(ANOVA)，Tukey test檢驗對處理間的平均值進行顯著性分析，當P<0.05時表示差異顯著。數據用平均值±標準誤差表示。

2 結果與分析

2.1 地枇杷的生物量

磷銻復合處理下地枇杷干重變化如圖1所示。磷處理下，地枇杷根的干重變化不大，但地枇杷葉的干重隨著磷濃度的增加先增加后降低，在磷濃度為15和30 mg·L-1時最大，分別比對照增加了42.91%和31.04%，而莖干重僅在磷濃度為30 mg·L-1時比對照顯著增加了28.79%。結果說明，低濃度的磷處理對地枇杷葉和莖的干物質累積有促進作用，而高濃度的磷對地枇杷葉干物質的積累影響不大。銻磷復合處理時，不同濃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質積累，且不同部分存在明顯差異。地枇杷莖的干重變化不大，但地枇杷葉和根的干重均在磷+銻濃度180 mg·L-1+22 mg·L-1時比單一銻處理分別有明顯增加。與單一磷處理相比，地枇杷葉干重在磷+銻的濃度分別為15 mg·L-1+22 mg·L-1和30 mg·L-1+22 mg·L-1時比磷濃度為15 mg·L-1和30 mg·L-1分別降低了15.28%和20.23%，而其在磷+銻濃度為180 mg·L-1+22 mg·L-1時，比磷濃度為180 mg·L-1明顯增加了23.64%。此外，根干重在磷+銻濃度為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時，分別比磷濃度為15、30、60和180 mg·L-1時增加了27.66%、35.21%、36.76%和75.76%。磷與銻復合處理時，銻的加入不僅能顯著促進地枇杷根干物質的積累，而且低濃度磷銻復合處理時能夠抑制地枇杷葉的干物質積累，而高濃度磷與銻復合處理時能夠促進地枇杷葉干物質的積累。

圖中柱上無相同小寫字母表示在0.05水平差異顯著，圖2～7同。A表示葉，B表示莖，C表示根。圖1 磷銻復合處理對地枇杷干重的影響Fig.1 Effect of phosphorus and antimony treatment on dry weight of Ficus tikoua

2.2 葉綠素含量

磷銻復合處理下地枇杷葉綠素含量變化如圖2所示。很明顯，高濃度磷能增加地枇杷類胡蘿卜素含量，而對地枇杷葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a/葉綠素b影響不大，僅類胡蘿卜素含量在磷濃度為180 mg·L-1處理下比對照增加了28.51%。磷銻復合處理時，地枇杷葉綠素a、類胡蘿卜素、葉綠素a/葉綠素b在磷+銻濃度為60 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1有明顯變化，其分別比單一銻處理時增加了10.22%、20.27%、31.25%和24.48%、37.03%和35.88%。而地枇杷葉綠素b含量在磷+銻濃度為60 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1時，比單一銻處理時降低了17.01%和15.48%。

圖2 磷銻復合處理對地枇杷葉綠素含量的影響Fig.2 Effect of phosphorus and antimony treatment on chlorophyll content of Ficus tikoua

結果表明，銻處理時中高濃度的磷加入能夠促進葉綠素a和類胡蘿卜素的合成，而抑制葉綠素b的合成。與單一磷處理相比，低濃度磷+銻復合處理對地枇杷葉綠素指標影響不大，但高濃度的磷銻復合處理促進葉綠素a的合成，增加地枇杷葉綠素a含量。地枇杷葉綠素a和葉綠素a/葉綠素b在磷+銻濃度為180 mg·L-1+22 mg·L-1時比磷濃度為180 mg·L-1時有明顯增加。

2.3 脯氨酸含量

磷銻復合處理下地枇杷葉綠素含量變化如圖3所示。磷處理下，地枇杷葉中脯氨酸含量隨著磷濃度增加逐漸增加，在磷濃度為180 mg·L-1時含量最高。而地枇杷根中脯氨酸隨著磷濃度增加而逐漸降低，且在對照時含量最高。結果表明，高濃度磷處理會增加地枇杷葉中脯氨酸含量，而缺磷會增加地枇杷根中的脯氨酸含量。磷銻復合處理時，地枇杷根中脯氨酸含量變化不大，而葉中脯氨酸隨著磷濃度的增加先增加而后降低，在磷+銻濃度為15 mg·L-1+22 mg·L-1達到最大值。與磷處理相比，磷銻復合處理中，地枇杷葉中脯氨酸含量在磷+銻濃度為60 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1時分別比磷濃度為60和180 mg·L-1明顯降低了50.49%和79.97%；而在磷+銻濃度為15 mg·L-1+22 mg·L-1時比磷濃度為15 mg·L-1，顯著增加了71.25%。磷銻復合處理中，銻的加入均能明顯降低地枇杷根中脯氨酸含量，其在磷+銻濃度為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時分別比磷濃度為0、15、30、60和180 mg·L-1時明顯降低了53.76%、47.85%、54.34%、40.10%和50.39%。這表明磷銻復合處理時，銻與低濃度磷復合處理能夠增加葉中脯氨酸含量，而銻與高濃度磷復合處理能夠明顯降低地枇杷葉和根中脯氨酸含量。

A表示葉，B表示根。圖3 磷銻復合處理對地枇杷脯氨酸含量的影響Fig.3 Effect of phosphorus and antimony treatment on proline content of Ficus tikoua

2.4 氮磷鉀含量

由圖4可知，磷處理并不會增加地枇杷葉片中氮含量，相反除在磷濃度30 mg·L-1時與對照差異不大外，其他磷處理還會明顯抑制地枇杷葉中氮的累積。而地枇杷莖中氮含量與其有相反的規律，除在磷濃度為30 mg·L-1時莖中氮含量沒有變化，其余處理均能增加地枇杷莖中氮的含量。同時地枇杷根中氮的含量在磷濃度為180 mg·L-1時最高，為27.28 mg·g-1，其余處理之間地枇杷根中氮含量差異不大。磷銻復合條件下，地枇杷葉中氮含量在磷+銻濃度為30 mg·L-1+22 mg·L-1和180 mg·L-1+22 mg·L-1時最高，分別為29.44和27.59 mg·g-1，而在磷+銻濃度為15 mg·L-1+22 mg·L-1和60 mg·L-1+22 mg·L-1時最低。雖然地枇杷莖中氮的含量在磷+銻濃度為180 mg·L-1+22 mg·L-1時變化不大，但其他處理對地枇杷莖中氮的累積有抑制作用，能夠降低地枇杷莖中氮的含量。此外，地枇杷根中氮的含量在磷+銻濃度為180 mg·L-1+22 mg·L-1時有明顯增加。與磷處理相比，低濃度的磷和銻復合處理時，銻的加入能夠降低地枇杷葉中氮的含量，且在磷+銻濃度為15 mg·L-1+22 mg·L-1、60 mg·L-1+22 mg·L-1時變化明顯。雖然磷銻復合處理時，銻的加入均能增加地枇杷根中氮的含量，但地枇杷莖中氮的含量僅在磷銻濃度為60 mg·L-1+22 mg·L-1時有明顯降低。

A表示葉，B表示莖，C表示根。圖4 磷銻復合處理對地枇杷氮含量的影響Fig.4 Effect of phosphorus and antimony treatment on nitrogen content of Ficus tikoua

磷銻復合處理下地枇杷磷含量變化如圖5所示。磷處理下，地枇杷葉和根中磷含量隨著磷濃度的增加而增加，而地枇杷莖內磷的含量變化不明顯。同樣，磷銻復合處理下地枇杷根莖葉中磷的含量均隨著磷+銻濃度的增加而增加，且在磷+銻濃度為180 mg·L-1+22 mg·L-1時含量最高。與磷處理相比，磷銻復合處理中，莖和根中磷的含量在磷+銻濃度180 mg·L-1+22 mg·L-1時最高，分別是磷濃度為180 mg·L-1時的1.60倍和1.19倍，表明磷濃度較高時銻的加入對地枇杷根中磷的累積影響不大，但是其對莖和葉中磷的積累有促進作用。

A表示葉，B表示莖，C表示根。圖5 磷銻復合處理對地枇杷磷含量的影響Fig.5 Effect of phosphorus and antimony treatment on phosphorus content of Ficus tikoua

磷銻復合對地枇杷鉀含量影響如圖6所示。雖然磷處理對地枇杷葉和莖中鉀的含量影響不大，但在磷濃度為30和60 mg·L-1時，地枇杷根中鉀含量有明顯降低，而在磷濃度為180 mg·L-1時含量最高。磷銻復合處理對地枇杷葉中鉀含量影響不大，地枇杷莖中鉀的含量在磷+銻濃度為15 mg·L-1+22 mg·L-1和60 mg·L-1+22 mg·L-1時含量最低，但處理間沒有差異。地枇杷根中鉀的含量隨磷銻復合濃度增加，先增加而后減少，在磷+銻濃度為30 mg·L-1+22 mg·L-1時含量最高。與單一磷處理相比，低濃度磷銻復合會降低地枇杷葉中鉀含量，而中高濃度的磷處理下銻的加入會降低地枇杷莖中鉀的含量。同時在中低濃度的磷銻復合處理時，促進地枇杷根對鉀的吸收，在磷+銻濃度為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時對根中鉀含量有明顯促進作用。

A表示葉，B表示莖，C表示根。圖6 磷銻復合處理對地枇杷鉀含量的影響Fig.6 Effect of phosphorus and antimony treatment on potassium content of Ficus tikoua

2.5 銻含量

磷銻復合處理下地枇杷銻含量變化如圖7所示。地枇杷根中銻的含量隨磷銻復合處理濃度增加而增加，在磷+銻濃度為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時，銻的含量分別比單一銻處理時增加了17.55%、34.77%和49.85%。此外，磷銻復合處理對地枇杷莖中銻的含量影響不大，但是磷的加入會明顯降低葉中銻的含量，且處理間差別不明顯。結果表明，磷的加入能夠促進地枇杷根對銻的吸收，而限制銻在地枇杷葉中的存儲。

圖7 磷銻復合處理對地枇杷銻含量的影響Fig.7 Effect of phosphorus and antimony treatment on antimony content of Ficus tikoua

3 討論與結論

磷是植物生長發育和維持正常生理功能的重要元素之一，通常環境中磷的供應量是植物生長發育的一種限制因素。當磷供應不足或過量時都會造成植物光合作用效率降低，營養元素的吸收利用減少等生理功能的紊亂，最終造成植物生產能力降低，干物質積累減少[22]。這種不利影響不僅與磷的濃度有關，也與植物的種類有很大的關系。例如，陽顯斌等[23]研究發現，在相同磷濃度下，磷高效品種籽粒產量和生物產量均高于磷低效基因型。青蒜苗植株鮮重、假莖長及假莖粗隨磷濃度升高呈先增大后減小規律，并在磷濃度1.5 mmol·L-1時效果最佳。本研究中，磷濃度為30 mg·L-1以下時，地枇杷莖和葉的干重較高，表明低濃度磷對地枇杷莖和葉的干物質累積有促進作用，而高濃度的磷對地枇杷干物質累積影響不大。當培養基質中磷元素的過量增長，會對植物產生毒害作用，造成膜脂過氧化作用、葉綠素含量降低、光合作用系統損傷等。在本研究中，高濃度磷處理會增加地枇杷葉中游離脯氨酸含量，同時激發地枇杷體內的色素保護機制，增加類胡蘿卜素的含量。這表明雖然隨著磷元素的增加，地枇杷葉片受到過量磷的毒害作用，但地枇杷通過調節保護色素的方式來避免光合作用系統的損傷，從而維持正常的生理功能。不僅如此，磷的添加也會對植物體內鉀、鈣、鋅等營養元素的吸收產生影響[2，24]。在本研究中，磷的添加不僅能夠增加地枇杷根和葉中磷的含量，而且高濃度磷對地枇杷根中鉀的吸收有促進作用。

磷銻砷屬于同一主族元素，有著類似的性質，研究表明，當同時存在磷銻或磷砷時，磷的添加不僅能影響植物對重金屬銻砷的吸收，也會對植物的生理活動產生較大影響[1，14]。本研究發現，銻處理中，磷的加入能夠促進地枇杷根對銻的吸收，而限制銻在地枇杷葉中的存儲。進一步表明在地枇杷體內磷對銻的吸收存儲，不僅與元素相關，而且與植物的部位相關。銻處理下，磷的加入也會對地枇杷營養元素的吸收有顯著的影響，低濃度磷會增加葉片中鉀的含量，而高濃度磷對地枇杷葉和根中氮的增加有促進作用。總的說來，雖然磷對銻處理下地枇杷生長有促進作用，能夠增加地枇杷根葉的干物質累積，而且高濃度磷能夠緩解銻的毒害作用，降低脯氨酸含量，但中高濃度的磷對葉綠素a和類胡蘿卜素的合成有促進作用，而對葉綠素b的合成有抑制作用。從另一方面來說，銻能夠在一定程度上緩解過高的磷產生的毒害作用，降低地枇杷葉和根中脯氨酸含量，促進葉綠素a的合成，而且能夠增加地枇杷根和葉的干物質累積。但在元素吸收積累方面，表現更為復雜，雖然銻的加入對磷處理下的地枇杷根中氮的積累有促進作用，但是對葉片而言，低濃度磷處理下，銻的加入反而會抑制地枇杷葉中氮、鉀的累積。