锑胁迫对桑树生理指标及富集转运特征的影响

我国锑储量与产量均居世界之首，是一个“锑大国”[1]，锑广泛应用于化工、印染和聚酯等领域。锑对人体及生物具有慢性毒性及致癌性[2]，由于存在潜在的致癌性，锑被美国环境保护局（1979）和欧洲共同体理事会（1976）列为优先控制污染物[3]。近年来，锑污染愈发严重，太浦河流域多次发生锑浓度超标事件，对太浦河水源地正常运行造成不同程度影响，甚至导致下游水源地取水口关闭[4]。湖南、贵州、云南和广西等锑矿相对集中的南方地区占中国锑总储量的86.1%[5-6]，齐翠翠[7]通过对湖南锡矿山锑矿区调查发现，矿区表层土壤中锑含量高达5 949 mg·kg-1，远高于我国土壤锑背景值0.38~2.98 mg·kg-1[8]。伴随着锑的广泛使用，大量锑进入到土壤中，高浓度锑对植物产生毒害作用，给环境带来污染，因而锑污染土壤的治理和修复技术也受到了广泛的关注。周林等[9]报道了锑的富集植物主要有芒、狗牙根、臭椿、大叶黄杨、女贞、蜈蚣草、长叶车前草、大叶井口边草，但这些植物利用度不高，农民没有种植积极性。因此，探索既能修复锑污染又有经济效益的修复植物就显得尤为重要。种植对重金属具有修复功能的非食用性经济植物，是一种切断重金属从污染土壤进入食物链、降低重金属人体健康风险的有效措施[10]。

桑树（Morus alba L.）是一种大生物量低富集性的经济型修复植物[11]，具有较好的环境适应能力，在pH 4.5~9.0、土壤含盐量很少的条件下都可以生长[12]，大面积种植桑树能提高环境保水、防风、防沙的能力。谭勇壁[11]对广西环江受尾矿污染的桑园调查时发现，桑树能在铅为734 mg·kg-1、锌为1 194 mg· kg-1、砷为53 mg·kg-1的污染土壤上生长且并无明显受胁迫现象。潘雨齐[13]通过对矿区污染土壤中镉在桑树体内迁移与分布的研究发现，桑树植株组织中的镉主要积累在根、茎干，而枝叶的积累量很低，其含量符合国家饲料卫生标准（GB 13078—2001）。桑枝可种食用菌、制作生物炭与活性炭，蚕粪可堆肥或制作生物炭，对修复后含重金属较高的产品可进行梯级开发利用[14]。由此看来，桑树既是良好的修复植物，又能促进农业经济的发展，具有广阔的研究前景。

关于重金属对桑树的胁迫已有许多文献报道，其中涉及的重金属有Cd[15]、Cr[16]、Pb[17]、Co[18]、Cu[19]、Zn[20]、Mn[21]，但目前对锑胁迫的研究还较少。本试验以桑树为研究对象，配制不同价态、不同浓度的锑溶液进行盆栽培养，研究不同价态、不同浓度锑胁迫对桑树生理生化指标的影响，测定桑树各部位锑含量以及计算富集转运系数，旨在探索桑树叶片对锑胁迫的响应机制，确定锑元素对桑树生长发育的影响以及锑吸收积累特征，为锑污染土壤的植物修复提供科学依据。

供试植物：2年生桑树苗，购于美丽农家桑树幼苗批发部，经调查，未受到锑污染。

实验药品：硝酸、高氯酸为分析纯试剂，焦锑酸钾（K2H2Sb2O7 · 4H2O）和酒石酸锑钾（KSbC4H4O7 · 1 / 2 H2O）为分析纯试剂，购于国药集团化学试剂有限公司，各指标测试试剂盒均购于南京建成生物研究所。

实验仪器：752s紫外可见分光光度计（上海棱光科技有限公司），Prodigy型电感耦合等离子体原子发射仪（美国Leeman公司）。

采集校园无污染土壤，其理化性质见表 1。土样自然风干后研磨过5 mm筛，装入直径16 cm、高15 cm的PVC盆，每盆2 kg。用酒石酸锑钾和焦锑酸钾配制不同浓度的污染土壤，以不投加重金属的处理为对照（CK），浓度设置见表 2，每个处理设置3次重复，共计45盆，标号A、B、C分别代表Sb3+、Sb5+、Sb3++Sb5+处理，选取生长状况良好的健康桑苗，于阳光充足的条件下培养，每个花盆除了重金属锑的浓度不同，其他条件均一致，定期浇水，种植60 d后进行测定。

采集新鲜叶片（不含叶脉），用蒸馏水清洗干净、晾干，按照试剂盒测定方法分别测定桑叶的叶绿素含量、丙二醛（MDA）含量、过氧化氢酶（CAT）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽（GSH）含量。

叶绿素含量测定：采用分光光度法测定。随机剪取同一处理3株植物颜色、大小一致的叶，去掉叶脉和叶缘部分，剪成0.5 m2左右的叶片，静止于无水乙醇:丙酮（V:V）为1:1的混合提取液中避光浸提24 h，待叶片完全变白，倒出浸提液，采用紫外分光光度计在663、645、440 nm处测定吸光值。叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素按Arnon公式计算[22]。

土壤锑含量测定：从每个花盆中取表面向下2~5 cm深的土壤样品，经自然风干后，采用四分法取样，用研钵磨碎后过100目筛，放入样品袋中保存。测定时，每个土壤样品取0.5 g，加入10 mL王水（HCl: HNO3的体积比为3:1）和5 mL HClO4，浸泡过夜，隔天置于电热板上进行消解，设置温度为220 ℃。没消解完全时再加入1~2 mL HClO4，直至溶液无色透明，冷却，然后用蒸馏水定容到25 mL[23]，空白加标回收率为80.3%~113%，符合质量控制标准。

桑树各部位锑含量的测定：分别采集新鲜的桑叶、枝条、主茎、主根，用蒸馏水洗净后，放入烘箱105 ℃杀青30 min，然后在65 ℃烘干至恒质量，研磨、过筛备用。取1 g样品（精确至0.000 1 g）于100 mL锥形瓶中，加入5 mL浓硝酸浸泡过夜，消解前补加1 mL浓硝酸。将样品放置在电加热板上，温度控制在120 ℃，煮至液体清亮，冷却至室温。然后加入1 mL高氯酸，继续消解并将温度控制在220 ℃以内，蒸掉大部分高氯酸，看到白烟几乎冒尽，冷却，转入50 mL离心管中用蒸馏水定容至25 mL，混合均匀[24]，空白加标回收率为85.3%~120%，符合质量控制标准。

锑元素使用等离子体原子发射仪进行分析，按照感耦等离子体原子发射光谱方法通则（JY/T 015— 1996）测定[25]。所有样品均设置3个重复样和1个空白样，测定过程中用国家标准物质进行定量，采用平均值表示测定结果，重复样品的变异系数在0.2%~ 5.2%之间。

根据桑树地上部与地下部的重金属含量和其对应的土壤中重金属含量，计算富集系数和转运系数，转运系数T1、T2、T3分别表示叶与根、枝与根、茎与根中锑含量的比值。公式如下：

转运系数（T1、T2、T3）=桑树地上部（叶、枝和茎）中锑的平均浓度/桑树根中锑的平均浓度

富集系数（BCF）=桑树地上部（桑叶+桑枝+桑茎）的锑浓度/土壤中锑浓度

数据采用Excel 2007和SPSS 22.0进行统计与分析，采用Origin 8.1作图。

由图 1可以看出，随着锑浓度的升高，单一Sb3+胁迫下桑根中的锑含量逐渐增多。A3处理桑茎中的锑含量略高于桑枝，但总体看来，单一Sb3+胁迫下桑树中锑含量分布为根>枝>茎>叶。除B2处理外，单一Sb5+胁迫下桑叶中锑含量没有显著变化，桑枝中的锑含量在B4处理时显著增加，桑根中锑含量随锑浓度增加而呈显著增加的趋势；B1、B3处理桑树锑分布为根>叶>枝>茎，B4中锑含量的分布则与单一Sb3+胁迫时一致。而在Sb3+与Sb5+复合胁迫下，随着锑浓度增大桑茎和桑根中的锑含量显著增大，桑枝中的锑含量在C3处理时大幅升高，桑树锑分布总体呈现为根>茎>叶>枝。

（2）锑胁迫在较高浓度会抑制桑叶的叶绿素合成，会使桑树叶片膜质过氧化损伤加重，从而影响桑树的生长发育。