植物重金屬傷害及其抗性機(jī)理(編輯修改稿)
2025-06-14 20:04 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 對(duì)根系透根電位和根系 H+分泌存在抑制作用，并能使質(zhì)子泵受抑 60%，而根系質(zhì)子的原初分泌為細(xì)胞質(zhì)膜上的 ATP 酶所催化，是陰陽(yáng)離子透過(guò)質(zhì)膜的次級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力來(lái)源，因而 Cd 等重金屬還可通過(guò)影響根系對(duì)陰陽(yáng)離子的吸收平衡來(lái)影響根系代謝（ Kennedy 等 1987， Haynes 1990）。 因此 ,根系的重金屬危害也是植物營(yíng)養(yǎng)脅迫的主要原因之一。在重金屬影響下，植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素失調(diào)，相應(yīng)地代謝活動(dòng)不能正常進(jìn)行，致使植物的 生長(zhǎng)發(fā)育間接的受到影響 。 2. 1. 3 重金屬污染對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響 當(dāng)外界重金屬濃度超過(guò)植物的生長(zhǎng)極限值時(shí)，植物質(zhì)膜透性、各種生理生化過(guò)程、生長(zhǎng)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)狀況受到不同程度的傷害，最后使植物的生長(zhǎng)發(fā)育受到不同程度的抑制。 2. 1. 3 .1 種子萌發(fā) 重金屬可以 抑制 植物種子萌發(fā)。 張義賢 (1997)研究了六種重金屬離子對(duì)大麥種子的毒害效應(yīng)。結(jié)果表明，不同重金屬均能抑制種子萌發(fā)，并且濃度越大，作用時(shí)間越長(zhǎng)，抑制效應(yīng)越強(qiáng)。有人還發(fā)現(xiàn)重金屬可以明顯抑制種子內(nèi)醇脫氫酶、蛋白酶、淀粉酶和酸性磷酸酯酶的活性。 上述實(shí)驗(yàn)證明在重金屬脅迫下，植物種子萌發(fā)受到抑制的原因之一與 抑制酶活性 有關(guān)。重金屬脅迫抑制淀粉酶、蛋白酶活性，即會(huì)抑制種子內(nèi)儲(chǔ)藏淀粉和蛋白質(zhì)的分解，從而影響種子萌發(fā)所需的物質(zhì)和能量，致使種子萌發(fā)受到抑制。 2. 1. 3 .2 營(yíng)養(yǎng)性生長(zhǎng) 重金屬對(duì)植物效應(yīng)的表觀現(xiàn)象之一是 阻止生長(zhǎng) 。生長(zhǎng)在重金屬污染環(huán)境中的植物，敏感性類型很容易受害，體內(nèi)生理生化過(guò)程紊亂，光合作用降低，吸收受到抑制，導(dǎo)致供給植物生長(zhǎng)的物質(zhì)和能量減少，相應(yīng)地生長(zhǎng)受到抑制；即使能完成生活史的耐性較強(qiáng)的品種，為了保持細(xì)胞正常功能，適應(yīng)逆境，必然要消耗植物生長(zhǎng)過(guò)程中的有效能量。 當(dāng)環(huán)境中重金屬超過(guò)一定濃度后，就會(huì)影響植物生長(zhǎng)。 楊樹(shù)華等（ 1986） 用 Pb 溶液灌溉水稻和小麥，發(fā)現(xiàn)低濃度的 Pb 就能產(chǎn)生毒害效應(yīng)，表現(xiàn)為葉片變黃，整個(gè)植株生長(zhǎng)受抑制，以致最后枯死；大豆幼苗在 50mgL 1CdCl2 脅迫下，株高、葉片數(shù)、葉面積、根系長(zhǎng)度、側(cè)根數(shù)目、根體積等形態(tài)指標(biāo)均明顯低于對(duì)照植株，長(zhǎng)勢(shì)趨劣 （ 周青等 1998） 。 2. 1. 3 .3 植物發(fā)育 重金屬對(duì)植物發(fā)育也具有明顯的影響。 As 能使四季豆的生殖生長(zhǎng)停止，不開(kāi)花，不結(jié)實(shí)； Cu 處理后，水稻的有效穗數(shù)減少；受 Pb 影響后，水稻的成熟期推遲，空秕率增加，從而使產(chǎn)量大幅度的下降。 2. 2 重金屬污染對(duì)植物的傷害機(jī)理 重金屬脅迫對(duì)植物的傷害是有重金屬本身的 特性 決定的。重金屬是過(guò)渡元素，都有 d 電 子 存在，而 d 電子在催化磁性等方面都有特殊的性質(zhì)與效能。正因?yàn)槿绱?，它們?duì)植物都是致毒的根源。 通過(guò)大量的研究， 張義賢（ 1997） 認(rèn)為重金屬對(duì)植物體產(chǎn)生毒性的生物學(xué)途徑可能有兩個(gè)方面： 一是 大量的重金屬離子進(jìn)入植物內(nèi)干擾了離子間原有的平衡系統(tǒng)，造成正常離子的吸收、運(yùn)輸、滲透和調(diào)節(jié)等方面的障礙，從而使代謝過(guò)程紊亂。 二是 較多的重金屬離子進(jìn)入植物體內(nèi)后，不僅與核酸、蛋白質(zhì)和酶等大分子物質(zhì)結(jié)合，而且還可取代某些酶和蛋白質(zhì)行使其功能時(shí)所必需的特定元素，使其變性或活性降低。例如， Hg 離子能改變生物大分子如核酸和蛋白質(zhì)的構(gòu)象，在分子水平上造成 DNA 的損傷； Cd 和硝酸還原酶中巰基有很高的親合性，能破壞酶的活性。 還有人認(rèn)為，重金屬脅迫與其它形式的氧化脅迫相似，能抑制植物體內(nèi)一些保護(hù)酶的活性 （趙海泉等 1998） ， 導(dǎo)致大量的活性氧自由基產(chǎn)生 （羅立新等 1998） ，而自由基能損傷主要的生物大分子 (如蛋白質(zhì)和核酸 ) 引起膜脂過(guò)氧化，是植物重金屬傷害的主要機(jī)理之一 （ Luna等 1994） 。 羅立新等（ 1998） 推測(cè)小麥 Cd 傷害過(guò)程中，活性氧自由基代謝失衡造成的膜脂過(guò)氧化作用起著重要作用。因此，有關(guān)植物的重金屬傷害機(jī)理觀點(diǎn)還不一致 ,需要進(jìn)一步研究。 三、植物的重金屬抗性和抗性機(jī)理 環(huán)境中過(guò)量的重金屬對(duì)植物是一種不利因素，它們會(huì)限制植物的正常生長(zhǎng)、發(fā)育。盡管如此，不少種類的植物仍能在高濃度的重金屬環(huán)境中生長(zhǎng)、繁殖 ,并完成生活史 ,表明在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中植物也相應(yīng)地產(chǎn)生了對(duì)重金屬的抗性 （ 文傳浩等 1999） 。 3. 1 植物對(duì)重金屬的抗性 Tomsett等 （ 1988） 認(rèn)為植物對(duì)重金屬的抗性即植物能生存于某一特定的含量較高的重金屬環(huán)境中而不會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)率下降或死亡等毒害癥狀。例如，蘆葦對(duì)重金屬有很高的抗性。在其它植物都不能生長(zhǎng)的環(huán)境中，蘆葦能正常生長(zhǎng) ,甚至還能完成生活史。早在 1963年， Lambinon 和 Auqier 就對(duì)這些抗性較強(qiáng)植物進(jìn)行了研究，并根據(jù)它們的生長(zhǎng)環(huán)境，把這些植物分成兩類，即 金屬植物(metallophyte) 和 假金屬植物 (pseudometallophyte)。金屬植物指的是那些僅能在金屬污
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