综述：土壤-作物系统中锑和砷的吸收转运研究进展

这篇综述系统总结了锑(Sb)和砷(As)在土壤-作物系统中的来源、化学形态及生物有效性调控因素（如pH、Eh、微生物群落），重点解析了二者通过磷酸盐转运蛋白(Pht)和水通道蛋白(NIP)的差异吸收机制，以及共污染条件下的协同/拮抗效应，为农田修复和基于生物有效性调控的风险管理提供理论依据。

　　

1 引言

土壤中的锑(Sb)和砷(As)作为同族元素，因采矿冶炼活动常形成共污染。中国作为全球最大锑生产国（占55%产量），其矿区土壤中Sb-As复合污染尤为突出。二者通过食物链（特别是水稻和叶菜）进入人体，其中叶菜贡献26%的Sb暴露量，健康风险商(HQ)常超出WHO限值。尽管Sb(III)与As(III)共享水通道蛋白转运系统，但Sb(V)的吸收途径仍存疑，这种认知缺口限制了对其环境行为的理解。值得注意的是，蜈蚣草(Pteris vittata)等超富集植物对Sb(III)的根部富集特性，暗示植物对Sb的吸收机制可能比预期更复杂。

2 污染来源

自然来源：Sb在地壳中含量仅0.2-0.3 μg·g^-1，但火山活动释放全球5%的Sb排放量。As则通过生物挥发等过程迁移。

人为活动：中国河池废弃砷加工厂土壤中Sb/As浓度分别达2420 mg·kg^-1和6547 mg·kg^-1。含锑铅弹（含2-8% Sb）和塑料渗滤液也是重要污染源，美国年排放Sb高达1900吨。

3 吸收转运机制

3.1 生物有效性调控

土壤pH和氧化还原电位(Eh)是关键调控因子。碱性条件(pH 8.39)促进Sb吸收，而铁氧化物可通过形成Fe-Sb复合物抑制其迁移。微生物群落则通过形态转化调节有效性。

3.2 Sb的独特途径

Sb(V)占植物组织总Sb的95%，其吸收存在两条路径：

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  共质体途径：依赖磷酸盐转运蛋白Pht1;4（拟南芥中敲除该基因使Sb积累减少25-50%）

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  质外体捷径：通过侧根连接处未成熟的凯氏带直接进入木质部

  有趣的是，水稻根对Sb(III)的亲和力高于Sb(V)，而卷心菜茎叶却更易积累Sb(V)，暗示物种特异性偏好。

3.3 As的经典通道

As(V)通过OsPht1;8等磷酸盐转运体竞争进入，而As(III)在淹水条件下通过OsLsi1硅转运蛋白吸收。甲基砷(MMA/DMA)也能借助水通道蛋白渗透。

3.4 共污染交互作用

协同效应：As(V)破坏细胞膜完整性，使蜈蚣草中Sb积累量提升3倍

拮抗效应：As(III)抑制Sb(III)吸收但不影响Sb(V)，二者在磷酸盐转运通道上存在剂量依赖性竞争

4 毒性效应

单一毒性：Sb浓度>150 mg·kg^-1时引发ROS爆发，导致玉米生物量下降；As则通过破坏叶绿体膜抑制光合作用。

复合毒性：5 mg·L^-1 Sb+As使芦竹的磷钾钙吸收量骤降，根尖木质化加剧。值得注意的是，超富集植物中As会促进Sb向地上部转运，形成毒性放大效应。

5 展望

未来研究应聚焦：

1. 1.

   解析Sb(V)是否劫持硫酸盐转运通道等新型路径

2. 2.

   开发针对共污染的微生物-植物联合修复技术

3. 3.

   建立基于HQ模型的农田风险预警体系

   蜈蚣草的解毒策略（如液泡区隔化Sb(III)-硫醇盐复合物）为靶向修复技术提供了仿生学启示。