木本植物重金属毒害及抗性机理_陈岩松
植物重金属伤害及其抗性机理
2. 1. 1. 5 氮素代谢
植物生长在重金属污染的环境中，氮素的吸收和同化受抑制， 蛋白质代谢失调，结果导致植物体内氨基酸水平发生明显的改变， 有的增加，有的减少，有的受影响很小。
因此,根系的重金属危害也是植物营养胁迫的主要原因之一。在重金 属影响下，植物体内营养元素失调，相应地代谢活动不能正常进行，致使 植物的生长发育间接的受到影响。
2. 1. 3 重金属污染对植物生长发育的影响
当外界重金属浓度超过植物的生长极限值 时，植物质膜透性、各种生理生化过程、生长 环境和营养状况受到不同程度的伤害，最后使 植物的生长发育受到不同程度的抑制。
2. 1. 2 .1 重金属污染对土壤的影响
重金属在土壤中的积累，能全部或部分抑制许多生化反应，改 变反应方向和速度，从而破坏土壤中原有有机物或无机物所固有的 化学平衡和转化。
研究表明，进入土壤中的重金属能使土壤酶活性降低。和文详 等（2000）发现污灌土样中脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、淀粉酶、多酚 氧化酶、过氧化物酶和碱性磷酸酶的活性均明显低于清灌土样中这 7 种酶的活性。谢思琴等（1987）在水稻分蘖期，土壤中蛋白酶、 蔗糖酶、淀粉酶等的活性与红壤性水稻土中污染Pb 浓度呈负相关， 但酶活性与土壤添加Pb 浓度之间并非是一个简单的直线关系，在浓 度不同时，有一定的升降过程，表明了这种影响的复杂性。
2. 1. 3 .3 植物发育
重金属对植物发育也具有明显的影响。As 能 使四季豆的生殖生长停止，不开花，不结实；Cu 处理后，水稻的有效穗数减少；受Pb 影响后，水 稻的成熟期推迟，空秕率增加，从而使产量大幅度 的下降。
8种木本植物对矿渣中重金属的吸收与富集研究_张富运
51． 19 83． 12
0. 41 7． 79
3． 40 6． 29
由此可见，重金属主要积累在植物根部，无论地 上部还是根部，Pb、Zn、Cu、Cd 的浓度均未达到超富 集植物所规定的临界含量值［6］，且不同种类的植物 对不同的重金属元素的吸收和积累存在较大差异， 同一种植物不同组织对不同的重金属元素也存在一 定差异。 2． 2 植物的富集系数和转移系数
南天竺
地上部 根
83． 10 245． 85
46. 04 265． 67
2． 43 13． 58
0. 59 24． 16
十大功劳
地上部 根
158． 70 185． 71
57． 24 231． 37
5． 98 10. 45
2． 49 12． 46
黧蒴栲
地上部 根
184． 46 244． 11
69． 99 77． 23
·168·
1． 1 材料 以从湖南省资兴市带回的铅锌尾矿渣为对象，
在我们前期研究基础上［4 － 5］，对矿渣进行了不同梯 度改良处理并进行盆栽试验，生长期一年，本研究选 取了其中植物种类齐全长势较好的一组进行组内比 较，种植植物前该组矿渣中 4 种重金属含量见表 1。 供试植物见表 2。
第 39 卷第 3 期 2014 年 3 月
结果表明，植物富集系数与转移系数间有较大 差异，植物是选择性的富集和转移 4 种重金属的，不 同重金属在同种植物体内的不同部位的富集和迁移 特征不同，两者间存在着一定的差异，而同种重金属 元素在不同种类的植物体内也表现出了不同的富集 能力和转运能力。
3 讨论
研究结果显示，植物根系能积累更多的重金属， 未来的研究中根系发达的植物可考虑作为修复植物 筛选对象。植物修复技术包括重复的收获修复植物 的地上部分，直到土壤中重金属浓度达到一个可接 受的水平，修复植物在未得到合理收获和处理的情 况下，可能 会 形 成 二 次 污 染，在 提 倡 绿 色 技 术 的 今 天，植物修 复 过 程 中 的 二 次 污 染 问 题 值 得 高 度 重 视［7］。研究选取的 8 种植物为多年生植物，不同的
植物对重金属耐性的分子生态机理
植物生态学报 2006,30(4)703～712 J ournal of Plant Ecology(formerly Acta Phytoecologica Sinica)植物对重金属耐性的分子生态机理谭万能1,2 李志安13 邹 碧1(1中国科学院华南植物园,广州 510650) (2中国科学院研究生院,北京 100039)摘 要 植物适应重金属元素胁迫的机制包括阻止和控制重金属的吸收、体内螯合解毒、体内区室化分隔以及代谢平衡等。
近年来,随着分子生物学技术在生态学研究中的深入应用,控制这些过程的分子生态机理逐渐被揭示出来。
菌根、根系分泌物以及细胞膜是控制重金属进入植物根系细胞的主要生理单元。
外生菌根能显著提高寄主植物的重金属耐性,根系分泌物通过改变根际pH、改变金属物质的氧化还原状态和形成络合物等机理减少植物对重金属的吸收。
目前,控制菌根和根系分泌物重金属抗性的分子生态机理还不清楚。
但细胞膜跨膜转运器已得到深入研究,相关金属离子转运器被鉴定和分离,一些控制基因如铁锌控制运转相关蛋白(ZIP)类、自然抵抗相关巨噬细胞蛋白(Nramp)类、P1B-type ATPase类基因已被发现和克隆。
金属硫蛋白(MTs)、植物螯合素(PCs)、有机酸及氨基酸等是植物体内主要的螯合物质,它们通过螯合作用固定金属离子,降低其生物毒性或改变其移动性。
与MTs合成相关的MT-like基因已经被克隆,PCs合成必需的植物螯合素合酶(PCS),即γ-G lu-Cys二肽转肽酶(γ-ECS)的编码基因已经被克隆,控制麦根酸合成的氨基酸尼克烟酰胺(NA)在重金属耐性中的作用和分子机理也被揭示出来。
ATP结合转运器(ABC)和阳离子扩散促进器(C DF)是植物体内两种主要膜转运器,通过它们和其它跨膜方式,重金属被分隔贮藏于液泡内。
控制这些蛋白转运器合成的基因也已经被克隆,在植物中的表达证实其与重金属的体内运输和平衡有关。
热休克蛋白(HSP)等蛋白类物质的产生是一种重要的体内平衡机制,其分子机理有待进一步研究。
植物对重金属污染的耐受性及修复能力研究
植物对重金属污染的耐受性及修复能力研究在当今社会，工业发展带来了大量的重金属污染，如汞、铅、镉等，给环境和人类健康带来了巨大的威胁。
而植物作为自然界的重要组成部分，对于减轻重金属污染具有重要的意义。
本文将针对植物对重金属污染的耐受性和修复能力进行研究。
一、重金属对植物的影响重金属污染能够影响植物的生物化学过程，降低光合作用效率，抑制根系生长，导致叶片变黄脱落。
此外，重金属还会累积在植物体内，进一步影响植物的生长发育。
二、植物对重金属的耐受性1. 重金属耐性基因一些植物具有特殊的耐受性基因，能够抵御重金属的毒害作用。
例如，一些金属离子螯合蛋白能够与重金属结合，减少其对植物的伤害。
此外，植物还能通过调节离子通道和转运蛋白的表达来减少重金属的进入和积累。
2. 植物对重金属的富集植物通过自身的生理特性能够富集重金属，并将其富集在根系或其他部位。
这种富集能力为植物的生物修复提供了良好的基础。
典型的例子就是铜克隆树种Quercus suber，它可以将土壤中的重金属铜富集在根系部位，减少其对植物体的伤害。
三、植物修复重金属污染的能力1. 植物修复技术植物修复技术是利用植物对重金属的富集和耐受性，通过种植适宜的植物来修复受重金属污染的土壤。
植物吸收重金属离子，通过根系和蒸腾作用将其输送至地上部分，并将其富集在茎叶中。
随后，通过收集并处理植物体，可以有效地减少土壤中的重金属含量。
2. 合作耐受技术合作耐受技术是利用植物根际微生物的共生关系来修复重金属污染。
植物根际微生物能够与植物进行共生，提供养分和防御系统。
在重金属污染环境中，一些根际微生物具有耐受性，能够与植物共同修复重金属污染。
四、植物修复重金属污染的局限性尽管植物具有一定的修复能力，但其修复速度较慢，且受到因素的限制。
首先，不同植物对重金属的耐受性和富集能力存在差异，选用不适宜的植物可能导致修复效果不佳。
其次，土壤条件对植物的修复效果有着重要的影响，包括土壤酸碱度、有机质含量等。
植物耐受和解除重金属毒性研究进展
1.2细胞壁和根系分泌物
细胞壁像一吸附过滤器可结合一定数量的重金属。Bringezu等报道耐性植物（Silene vulgaris）可在表皮细胞壁中积累一系列重金属，这些重金属或是结合在蛋白质上，或是以硅酸盐的形式存在[18]。在虎杖（Polygonum Cuspidatum）中，约90% Cu, Zn, Cd存在于根细胞壁中[19]；禾秆蹄盖蕨（Athyrium yokoscense）根细胞中，约70%~90%的Cu, Zn, Cd在细胞壁中[20]。在啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）细胞壁中，Hg2+主要通过SH组结合在细胞壁上[21]。Ana等研究表明Zn主要存在于根组织的胞间隙和细胞壁中[9]。
植物对重金属胁迫的响应和耐受机制研究
植物对重金属胁迫的响应和耐受机制研究随着现代工业的不断发展，大量的重金属污染问题也逐渐浮现出来。
重金属的存在会对植物生长产生严重的影响，但植物可以通过一些响应和耐受机制来应对这种胁迫。
近年来，植物对重金属胁迫的响应和耐受机制的研究不断深入，在这篇文章中，我们将从不同的角度来探讨这一问题。
一、重金属在植物体内的胁迫效应一些重金属，例如铜、锌、镉、铅等，在植物体内达到一定浓度时，会影响植物的吸收、利用、转运和代谢等生理过程。
这些影响可能仅仅是植物形态、生长和产量的减少，也可能导致植物细胞的损伤和器官的坏死甚至死亡。
对于不同的植物来说，它们对重金属的敏感程度不尽相同。
同时，同一种植物在不同的生长阶段和生长环境下对重金属的敏感程度也不同。
因此，在研究植物对重金属胁迫的响应和耐受机制时，需要结合植物的种类、生长阶段和生长环境等多种因素进行考虑。
二、植物对重金属胁迫的响应机制植物对重金属胁迫的响应机制主要有以下几个方面。
1、通过离子调节来维持内环境的稳定。
在外界环境中重金属离子浓度过高的情况下，植物需要对离子通道和离子泵进行调节，以维持细胞内平衡，并防止离子过多进入细胞造成损伤。
2、通过合成和蓄积特定的蛋白质来应对胁迫。
植物可以通过合成和积累一些特定的储氧蛋白、金属载体蛋白、抗氧化酶、转运蛋白等来对重金属胁迫做出反应。
3、通过调节激素水平来影响生长发育。
植物在面对重金属胁迫的情况下，会调节激素水平来影响生长和发育，从而保证其生命机能的维持和修复。
三、植物对重金属胁迫的耐受机制植物对重金属胁迫的耐受性不仅与其生物学特性有关，还涉及到其生长环境和环境修复等方面的因素。
以下是植物对重金属胁迫的耐受机制的一些热点研究。
1、植物内生菌根共生。
内生菌根共生可以增强植物固有的重金属耐受性。
共生菌通过在植物根系内形成菌根，与植物之间形成一种共生关系。
菌根可以增加植物对重金属的吸收和转运能力，并保证其生物学特性的正常发挥。
2、重金属耐受性基因工程研究。
木本植物修复土壤重金属污染的研究进展
木本植物修复土壤重金属污染的研究进展随着工业化的快速发展和人类活动的增加，土壤重金属污染问题日益严重。
重金属污染对土壤环境和生物活动造成了严重的影响，需要采取有效的修复方法来减轻其影响。
木本植物修复土壤重金属污染是一种经济有效且环境友好的方法。
本文将介绍木本植物修复土壤重金属污染的研究进展。
木本植物具有较强的耐受性，可以在重金属污染的土壤中生长和存活。
研究表明，一些木本植物如柳树、杨树、榆树等对铅、镉、铬等重金属具有较好的耐受性。
这些植物能够通过根系吸收和转运重金属离子，将其富集在根部并转移到地上部分，降低土壤中重金属的含量。
木本植物修复土壤重金属污染的机制主要包括吸收和富集、化学还原、酸碱调节等。
木本植物的根系具有较强的吸附能力，能够吸附土壤中的重金属离子。
植物的根系还能通过分泌有机物质来促进土壤中重金属的化学还原，从而降低其毒性。
木本植物的根系还能调节土壤的酸碱度，改善土壤的环境条件，促进重金属的转化和迁移。
木本植物修复土壤重金属污染需要考虑到植物的选择、种植技术、土壤条件等因素。
合理选择木本植物种类是修复成功的关键。
一些快速生长且具有较强耐受性的植物如柳树和杨树被广泛应用于修复重金属污染土壤。
种植技术包括土壤改良、施肥、灌溉等，可以提高木本植物的生存和生长条件。
土壤pH值、有机质含量等也对木本植物修复效果产生重要影响。
木本植物修复土壤重金属污染是一种可行的方法。
通过吸收、富集和转运重金属离子、化学还原、酸碱调节等机制，木本植物能够有效修复土壤重金属污染。
木本植物修复还存在一些问题，如修复时间较长、修复效果受土壤环境的限制等。
未来的研究需要进一步深入探讨，以提高木本植物修复土壤重金属污染的效果。
金矿周围树木对土壤重金属的吸收
金矿周围树木对土壤重金属的吸收李庚飞;程书强【摘要】Six species of trees as subjects around the golden mineral in Tongguan county was used to establish artificial ecosystem of the plant species,including Morus alba L.,Periploca sepium Bunge,Robinia pseudoacacia L.,Ziziphus jujuba var.spinosa (Bunge) Hu,Populus tomentosa Carr.and Broussonetiapapyrifera (L.) vent.,and to determine the concentration of the heavy metals in root,branch,leef and soil by flame atomic absorption spectrometry,including Cu,Zn and Cd.The results show that the root areas for six species of plants are contaminated by three kinds of metals.For R.pseudoacacia L.,the transfer factors to Zn is 1.40,and the concentration factors is 10.61,so it is the enrichment plant ofZn.B.papyrifera (L.) Vent.has the strongest enrichment capacity to Cu,and the transfer factors and concentration factor to Cu is 0.87 and0.56,respectively.However,the concentration factor values to Cd for six plants are less than 1.The transfer factors amount to 8.90 and 1.44 for M.alba L.and R.pseudoacacia L.respectively,and Cd is mostly in the leaves of plant.So M.alba L.and R.pseudoacacia L.are two important plants for recycling Cd.%为了确定修复土壤重金属污染的植物种类,以潼关县黄金生产区及附近桑树(Morus albaL.)、杠柳(Periploca sepium Bunge)、洋槐(Robinia pseudoacacia L.)、酸枣(Ziziphus jujuba var,spinosa (Bunge) Hu)、毛白杨(Populus tomentosa Carr.)、枸树(Broussonetia papyrifera(L.)Vent.)为研究对象,用火焰原子吸收光谱法测定了其根、枝、叶及根际土壤中Cu、Cd和Zn质量分数.结果表明:6种树木根际区域3种重金属均处于污染状态;洋槐对Zn的转移系数为1.40,富集系数为10.61,是Zn的超富集植物;枸树对Cu的转移系数为0.87,富集系数为0.56,是6种植物中对Cu富集能力最强的树种;6种树木对Cd的富集系数均小于1,但桑树对Cd的转移系数高达8.90,洋槐的也达1.44,且Cd主要富集在叶片中,有利于回收,二者是吸收Cd的重要植物种类.【期刊名称】《东北林业大学学报》【年(卷),期】2013(041)001【总页数】4页(P55-58)【关键词】重金属污染;树木修复;人工生态系统;黄金矿区【作者】李庚飞;程书强【作者单位】陕西省多河流湿地重点实验室(渭南师范学院),渭南,714000;陕西省多河流湿地重点实验室(渭南师范学院),渭南,714000【正文语种】中文【中图分类】X503.235近年来，随着我国工业化的迅速发展，土壤重金属污染日益严重［1］。
木本植物修复土壤重金属污染的研究进展
木本植物修复土壤重金属污染的研究进展王可;杨林;陈思李;龚彦超;郭雄飞【摘要】木本植物通过树木固定、挥发和吸收重金属污染物等方式起到对土壤重金属的修复作用,有处理量大、受气候影响微弱等优点,主要表现在对重金属的耐受力和吸收性能等方面.本文概括了木本植物修复重金属污染土壤的研究进展,主要包括修复树种的筛选以及修复技术的综合运用,分析了木本植物对重金属的耐受性和吸收蓄积能力的差异,探讨了如何根据现有技术和条件利用木本植物的优势,提高其对重金属的耐受性和蓄积能力,并针对现阶段研究存在的不足提出建议,包括重点研究方向、资源的回收利用、技术的引进和综合运用,以期为修复树种的筛选、提高木本植物对重金属的耐受力和吸收能力提供理论依据.【期刊名称】《现代农业科技》【年(卷),期】2019(000)014【总页数】3页(P172-173,180)【关键词】土壤修复;重金属污染;木本植物;吸收能力【作者】王可;杨林;陈思李;龚彦超;郭雄飞【作者单位】西华师范大学环境科学与工程学院,四川南充637000;西华师范大学环境科学与工程学院,四川南充637000;西华师范大学环境科学与工程学院,四川南充637000;西华师范大学环境科学与工程学院,四川南充637000;西华师范大学环境科学与工程学院,四川南充637000【正文语种】中文【中图分类】X53土壤重金属污染的污染源主要包括矿山的开采和金属的冶炼、工业生产中“三废”排放以及化肥和生长调节剂的施用[1]。
植物修复具有投资小、易操作、不破坏土壤结构和无环境危害等优点，是一种极具发展前景的修复技术。
木本植物对重金属具有一定的抗性和吸收能力，又有不易进入食物链危害生物健康的特点[2-3]，树木根部吸收重金属后，将其输送并储存在植物体的根部及地上部分，通过采伐后集中处理等途径回收重金属，最终达到清除土壤重金属的目的[4]。
本文主要从树种的吸收蓄积能力和耐受力等方面进行分析，并据此筛选重金属污染区修复的优势树种，提出应加强木本植物修复污染土壤的相关研究，深入探索土壤修复领域。
木本植物研究进展
目前对木本植物这方面的研究较少 。甘肃木本植物特 有种类 77个 ,其中 38种 33变种 , 6种变型隶属 23科 31属。
染色体基数 19 19 10 13 13 14 10 19
14, 15 41
10, 11, 14 14 16 16 10 23 14 7 17 12 20
10, 12, 13
表 1 多倍体木本植物的染色体基数与倍性 [ 22 - 45]
倍性
属
2X, 3X, 4X
香椿属 Toona
2X, 3X, 4X, 6X, 8X
猕猴桃属 Actinidia
2X, 4X
柑橘属 C itrus
2X, 4X
金橘属 Fortunelia
2X, 4X, 6X或 8X
枸橘属 Poncirus
2X, 3X, 4X, 6X, 8X, 18X, 22X 花椒属 Zanthoxylum
2X, 3X,
苹果属 M alus
2X, 4X, 6X或 8X
关键词 木本植物 ;高氮代谢 ;抗逆基因 中图分类号 Q 944 文献标识码 A 文章编号 0517 - 6611 (2008) 20 - 08590 - 05
1 木本植物对有毒化学物质的作用 1. 1 木本植物对大气重金属镉、铅及高氮沉降的生理反应 木本植物的叶片可以吸收相当数量大气中的镉 、铅污染物 积累于叶片中 。但吸收积累量随树木种不同而有很大差异 。 树木对镉、铅的吸收与它们的代谢类型有关 ,生长迅速、代谢 程度大的树种吸收量也较大 。乔灌木树种的叶片对大气镉 污染具有相当的吸收能力 ,并且因树种不同 ,吸收有很大差 异 ,吸收量与吸收率的变化规律基本与铅一致 ,但也有少数 树种例外 ,山桃、紫丁香、板栗、山杏吸收量都较高 ,紫丁香、 山桃镉的吸收率分别高达 61. 6%与 39. 9%。木本植物叶片 内镉 、铅含量与大气中该元素的浓度密切相关 。大气中镉 、 铅浓度随污染距离的增加而降低 ,植物叶片的镉、铅含量也 呈逐步递减的趋势。根据这种相关性 ,可将叶片中铅含量作 指标 ,指示大气污染程度。旱柳、加杨、刺槐这 3种北方地区 最普遍的树种在一个生长季节内 ,其叶片吸收积累铅达 100 μg/m l以上 ,指示大气污染严重 ; 50 ～100 μg/m l时污染较 轻 ; 10μg/m l以下 ,指示环境接近清洁。 1. 2 高氮代谢 一般而言 ,高氮输入会引起总蛋白、可溶性 蛋白 (尤其是 Rubisco,即核酮糖 1252二磷酸羧化酶 )和集光 复合体 (L ight2Harvesting Comp lex, LHC)的增加 [1 - 2] 。但以 游离氨基酸形成积累似乎是一种更有效的贮存多余氮的途 径 ,许多模拟氮沉降的试验证明植物体内氨基酸浓度 ,尤其 是精氨酸浓度明显升高。当黑云杉 ( Picea m ariana)叶片氮 浓度从 10增加到 30 mg/ g时 ,叶片氨基酸浓度则从 10增加 到 20 mg / g,叶片精氨酸浓度从小于 0. 5%增加到 15. 0% [3] 。 实际上 ,游离氨基酸在植物体内累积会干扰细胞内的许多生 化过程 [4] ,从而对植物产生毒害作用 。有研究表明 ,精氨酸 含量达到总氮的 30%左右时 ,树木生长速度明显下降。有些 学者甚至认为针叶林中精氨酸浓度在一定程度上可用作评 价氮沉降是否达到毒害水平的一个很好指标 [5] 。 2 木本植物经典分类学研究
植物对重金属的耐性机制
有 特别 重要 的 实 际意 义 ， 只 有 彻 底 了解 植 物 重 金 属 伤 害 和抗性 机理 ， 才可 能 提 出避 免植 物重 金 属伤 害 的有效 措施 和 提 高植 物 抗 重 金 属 能力 的重 要 方 法 ， 有 益 于治理 重 金属 污 染 ， 保 护 生 态 环 境 和 生 产绿 色
２ ． １ 细 胞壁 沉淀 和 区室化 作用
了第二公害病——骨痛病 ， 便是 由于使用被镉废水
污染 的土壤 生产 的“ 镉米” 所 致 。 由此 看 出 ， 作 为 食 物 链 中的初 级生 产者 的植 物 ， 过 量 的重 金属 在其 根 、 茎、 叶 以及果 实 中大量 积 累 ， 不 仅严 重地 影 响植物 的 生 长 发 育， 而 且 还 可 经 食 物 链 危 及 动 物 和 人 类
目前 ， 植 物 重 金属 伤 害 及 其抗 性 机 理 的研 究 具
合在细 胞壁 上 ¨ ， 但细 胞 壁对重 金 属 的容 量 是有 限 的， 因而 其 并 非 超 富 集 植 物 耐 受 重 金 属 的 主 要 机 制¨ 。 当细 胞壁 结合 的重 金属 离 子达 到饱 和后 ， 进 入细胞 内的大 部分 重金 属离 子被 转运 到液 泡 内储存
１ 引 言
随着 工农 业 的迅猛 发展 ， 大量 城 市垃圾 ， 工 业垃
属抗 性 的获得 可 通过 两 种 途 径 ， 避性 （ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ） 和
耐性 （ ｔ ｏ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ ） ， 即 抗 性 ＝避 性 ＋耐 性 。避 性 是
圾 以及农 业 中使用 的各 种农 药 和化肥 等 因处理 不 当 导致 土壤 中重 金 属含 量 急 剧 增 加 ， 造 成 了土 壤 的退 化 和生态 环境 的恶 化等 现象 。重 金属 一旦 进人 就很 难予 以排 除 ， 并且 在生 物体 还有 有机 化 的趋势 ， 所 以 重金 属 污染产 生 的危 害 巨大 ， 如何 消 除 环 境 中的重 金属 污染 问题 已成为 国际上 和生 物科 学技 术 迫切需 要解 决 的重 大难 题 ¨ ． ２ Ｊ 。２ ０世 纪 ６ Ｏ年代 ， １ ３ 本 发 生
木本植物修复土壤重金属污染的研究进展
木本植物修复土壤重金属污染的研究进展一、木本植物对重金属的富集和耐受性1. 木本植物的吸收和富集能力木本植物具有较强的重金属富集能力，其根系能够将土壤中的重金属离子吸收，并通过根系层层的细胞壁、原生质体等结构进行筛选和富集，从而降低土壤中重金属的浓度。
研究表明，一些木本植物如柳树、杨树等对土壤中的重金属具有较强的吸收和富集能力，是理想的重金属修复植物。
2. 木本植物的耐受性木本植物一般具有较强的耐受性，能够在重金属污染的土壤环境中生长和繁衍。
一些研究发现，木本植物在重金属胁迫下能够调节其根系吸收系统，减少重金属进入植物体内的量，同时通过减少叶片蒸腾、保护酶的增加等生理生化途径，减轻重金属对植物的毒害作用，保持正常的生长和代谢。
二、木本植物修复土壤重金属污染的途径1. 植物修复土壤的机制木本植物修复土壤重金属污染的机制主要包括植物吸收富集、降解转化、土壤微生物活性等途径。
通过植物根系对土壤中的重金属进行吸收和富集，将重金属富积于植物体内，从而减少土壤中重金属的浓度。
木本植物的根系分泌物能够促进土壤微生物的生长和活性，进而促进土壤中重金属的降解和转化，将重金属转化为不易溶解或不易吸收的形态，从而减少重金属对生态系统的危害。
2. 植物修复技术三、未来的研究方向目前，大部分研究集中于木本植物对单一重金属的修复能力，而土壤中的重金属种类往往是复杂多样的。
未来的研究应重点关注木本植物对不同重金属的修复能力和选择性富集规律，从而为实际应用提供更为全面和有效的修复技术。
木本植物修复土壤重金属污染技术在实际应用中还存在许多问题，例如修复周期长、成本高、修复效果不稳定等。
未来需要加强与工程技术的结合，推动木本植物修复技术的产业化应用，同时探索并优化相应的管理措施、评价标准和监测方法，提高修复技术的实用性和可操作性。
3. 木本植物修复技术与生态环境的协同发展木本植物修复技术应与生态环境的协同发展相结合，从全局的角度考虑利用木本植物修复土壤重金属污染的可持续性和长期性。
麻疯树响应重金属胁迫的生理生化机制
麻疯树响应重金属胁迫的生理生化机制麻疯树（Pongamia pinnata）是一种常见的热带和亚热带区域的树种，具有良好的耐盐、耐旱和耐污染能力，因此被广泛用于生态环境修复和土地保护。
由于重金属的污染越来越严重，麻疯树在生长过程中会受到重金属的胁迫，影响树木的生长和发育。
研究麻疯树对重金属胁迫的生理生化反应机制对于其在土地修复中的应用具有重要意义。
麻疯树响应重金属胁迫的生理生化机制主要包括以下几个方面：重金属对植物的毒害作用、植物的重金属吸收和积累、植物的抗氧化机制和相关胁迫信号转导通路。
下面将逐一进行阐述。
首先是重金属对植物的毒害作用。
重金属是指相对密度大于5g/cm³的金属元素，包括铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、镍（Ni）、铜（Cu）等，这些重金属元素在土壤中的含量如果超过一定的浓度，就会对植物产生毒害作用。
这主要是因为重金属元素会累积在植物的根、茎和叶等部位，影响植物的正常生长和发育。
在麻疯树的生理生化机制中，重金属的毒害作用会导致叶片发生叶绿素含量下降、叶片增厚、叶片表皮气孔减少、光合作用受到抑制等表现。
其次是植物的重金属吸收和积累。
植物的根系是吸收土壤中养分和水分的主要器官，也是植物吸收重金属元素的入口。
麻疯树在重金属胁迫条件下，根系会增加表面积和分泌根系泌氧酸等物质，以提高重金属元素的吸收和积累能力。
通过根系的生长和发育适应，麻疯树可以减少重金属在根系中的积累量，从而减轻对植物的毒害作用。
接下来是植物的抗氧化机制。
重金属元素在植物体内会导致氧化应激的产生，进而对细胞膜、蛋白质和核酸等分子结构产生损害。
为了对抗这种氧化应激，植物会启动一系列抗氧化酶系统，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等，来清除自由基和其他有害的氧化物质，保护细胞免受损害。
在麻疯树中，重金属胁迫条件下，抗氧化酶的活性会显著增加，以保护植物体内的生物大分子不受到氧化应激的损害。
植物重金属胁迫及其抗氧化系统
植物重金属胁迫及其抗氧化系统
1重金属对植物的影响
环境污染，特别是重金属污染，已成为影响环境质量及植物健康的主要因素之一。
近年来，重金属污染已成为世界上最严重的环境污染形式之一，影响植物的生长与发育，从而影响植物的生态位，影响生态系统的平衡及多样性，对生态环境、经济效益构成严重威胁。
2植物面对重金属胁迫
当植物进入或暴露在重金属污染环境时，其多种生理和生化过程受到影响，这种影响是由重金属积累于植物细胞内所致。
由于重金属在植物细胞中具有较强的毒性，当污染物含量超出植物的耐受范围时，就会对植物的正常生长与生理活性产生有害影响。
3植物的抗氧化系统
植物的抗氧化系统能产生高水平的防御物质，从而抵御有害物质的损害，产生抗性反应。
许多植物可以通过调节内源性的抗氧化剂含量减少重金属污染环境中重金属的毒性作用。
大多数植物通过抗氧化系统抵抗重金属暴露，主要表现为增加抗氧化酶和调节抗氧化剂含量，减缓其破坏作用，从而抵御重金属污染。
4小结
重金属污染已成为影响植物健康及环境质量的主要因素，植物具有防御有害物质，抵抗重金属胁迫的生理和生化机制，从而减缓其危
害。
植物的抗氧化系统可以通过提高抗氧化酶的活性或抑制抗氧化剂的吸收来抵抗重金属污染。
木本植物重金属毒害及抗性机理
木本植物重金属毒害及抗性机理
陈岩松;吴若菁;庄捷;陈奋飞;贾晗
【期刊名称】《福建林业科技》
【年(卷),期】2007(34)1
【摘要】主要从重金属对木本植物毒害作用和木本植物对重金属的抗性机理方面,综述了国内外在该领域的研究进展,并分析了现阶段在研究重金属对木本植物的毒害和木本植物对重金属的抗性机理方面存在的问题,提出了今后的研究趋势.
【总页数】6页(P50-55)
【作者】陈岩松;吴若菁;庄捷;陈奋飞;贾晗
【作者单位】福建师范大学生命科学学院,福建,福州,350007;福建师范大学生命科学学院,福建,福州,350007;福建师范大学生命科学学院,福建,福州,350007;福建师范大学生命科学学院,福建,福州,350007;福建师范大学生命科学学院,福建,福
州,350007
【正文语种】中文
【中图分类】X173;Q948.116
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植物对重金属耐受性的研究概况
植物对重金属耐受性的研究概况
陈景明
【期刊名称】《中学生物学》
【年(卷),期】2005(21)12
【摘要】概述了植物对重金属耐受性的研究概况,介绍重金属污染对高等植物生长、发育的影响,以及高等植物重金属耐受性的分子机理和耐受性相关基因的克隆与表
达以及如何利用抗重金属的植物资源治理污染,培育绿色产品的研究成果.
【总页数】4页(P2-5)
【作者】陈景明
【作者单位】泉州儿童发展职业学院,福建,泉州,362000
【正文语种】中文
【中图分类】Q945.78
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不同生态型植物对重金属的积累及耐性研究进展
不同生态型植物对重金属的积累及耐性研究进展
彭少麟;杜卫兵;李志安
【期刊名称】《吉首大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2004(25)4
【摘要】植物修复是目前治理土壤重金属污染最重要的方法之一,选择合适的植物是植物修复的关键.分类学上种的概念在生态恢复应用上是不充分的,必须从生态型水平上去探讨.不同生态型的同种植物在积累和忍耐重金属方面通常有很大的区别.它们对外源金属的浓度、离子供应形态及金属离子间的相互作用表现出不同的响应特征,富集能力上的差别主要源于不同生态型在金属转运体、解毒机理和遗传特性的不同;金属耐性上的差别主要是由于遗传机制、酶系统、对重金属的避性及区域化不同造成的,植物螯合肽(PC)不是耐性差异的主要因素.不同生态型植物是研究超富集、金属耐性和金属积累机理的理想材料.
【总页数】8页(P19-26)
【作者】彭少麟;杜卫兵;李志安
【作者单位】中国科学院华南植物园,广东,广州,510650;中山大学,广东,广
州,510275;中国科学院华南植物园,广东,广州,510650;中国科学院华南植物园,广东,广州,510650
【正文语种】中文
【中图分类】X171.5
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木本植物重金属毒害及抗性机理陈岩松,吴若菁,庄 捷,陈奋飞,贾 晗(福建师范大学生命科学学院,福建福州350007)摘要:主要从重金属对木本植物毒害作用和木本植物对重金属的抗性机理方面,综述了国内外在该领域的研究进展,并分析了现阶段在研究重金属对木本植物的毒害和木本植物对重金属的抗性机理方面存在的问题,提出了今后的研究趋势。
关键词:木本植物;重金属;毒害;抗性机理中图分类号:X173;Q 948.116 文献标识码:A 文章编号:1002-7351(2007)01-0050-06Heavy metal toxicity and resistant mechanisms in woody plantsCHEN Yan -song,WU Ruo -jing,ZHUA NG Jie,CHEN Fen -fei,JIA Han(College o f Lif e Sciences,Fu j ian Normal U niversity ,Fuzhou,Fuj ian 350007,China)Abstract:T his paper rev iews the progr ess in heavy metal tox icity to woody plants and resistant mechanisms,and puts forw ar d the ex isting problems in the r ecent studies and resear ching trends in the future.Key words:w oody plant;heavy metal;tox icity;resistant mechanism重金属是一类典型的环境污染物,自20世纪50年代日本出现/水俣病0以来,土壤重金属污染问题一直引起世人的关注。
过量的重金属不仅在生物体内积累,而且进入食物链,危及人体健康,影响全球生态系统的平衡。
木本植物以其特有的生物学特性,对土壤重金属具有一定的吸收蓄积能力,如刺槐(Robinia p seudoa -cacia L.)、毛白杨(Pop ulus tomentosa Carr.)、垂柳(Salix baby lonica L 1)、接骨木(Sam bucus L.)、臭椿(A ilanthus altissima Sw ing.)、油松(Pinus tabulaef or mis )、马尾松(Pinus massoniana Lamb.)、木麻黄(Casuarina equisetif olia Forst 1)、小叶榕(Ficus concinna M iq.)等对重金属均有较强的抗性或吸收能力。
纸皮桦(Betula p apyr if era Marsh.)能富集10L g #g -1WD(干重)的Hg 而不中毒。
速生树种杨柳类植物内积累的镉与汞的质量分数分别达34193mg #kg -1WD 和47119mg #kg -1WD,超过对照植株10倍以上,生长未见异常[1]。
利用以木本植物为主要组分的生态工程法治理和改造重金属污染土壤具有明显的优越性。
因为木本植物不与食物链相连;同时具有高大基干、茂密枝叶及发达根系,形成较大的绿色空间和根系网络,可与环境发生较强的相互作用,从而促进生态系统的良性循环[2]。
利用林业生态工程措施,通过建立人工森林生态系统对土壤重金属污染物的吸收积累作用,治理与改造重金属污染土地已经愈来愈显示出良好的效果[3]。
本文对木本植物重金属毒害及其抗性机理研究现状进行综合分析,以期为耐受性木本植物的选育、提高木本植物抗重金属能力和重金属污染土壤的治理及生态恢复提供理论依据。
1 重金属对木本植物的毒害效应111 对木本植物生长的影响重金属污染对木本植物最直观的影响表现于生长迟缓,植株矮小、褪绿,生长量下降等。
重金属可结合在细胞壁上,导致中胶层中果胶的交联,这种交联可能是细胞伸长生长受抑的原因,使植株生长受到抑制[4]。
植物在抗重金属毒害的过程中引起酸分泌的减少,可能是重金属抑制根伸长的原因之一,而最根本的原因可能是重金属污染下激素调节的结果[5]。
陈志澄等[6]将Al 加入到无土栽培营养液中,对龙眼 收稿日期:2006-07-10;修回日期:2006-09-17基金项目:福建省教育厅课题(JB04231)作者简介:陈岩松(1979-),男,福建古田人,福建师范大学硕士研究生,从事植物细胞遗传研究。
通讯作者:吴若菁,女,福建古田人,福建师范大学副教授,硕导。
第34卷第1期2007年3月福建林业科技Jour of F ujian Forestry Sci and T ech V ol 134 N o 11M ar 1,2007(Dimocarp us longan Lour 1)、荔枝(Litchi chinensis Sonn 1)、黄皮(Clausena lansium Skeels 1)3种果树幼苗进行培植,结果表明,随着栽培液中Al 浓度升高,龙眼、荔枝、黄皮果树的生长均受到影响,果树的根长、须根量均减少,高Al 时根尖黑褐,叶片失水或枯萎。
M acfarlane 等[7]用不同浓度的Zn 、Pb 对白骨壤(A 1m arina )研究发现,高浓度的Zn(500L g #g -1)、Pb(400L g #g -1)培养时,植株的死亡率增加,植株高度受到明显的抑制,最大叶面积变小,生物量降低,表现出显著的植物毒害。
112 对矿质营养的影响重金属进入土壤后除本身有可能产生毒性外,还可通过拮抗或协同作用,造成木本植物营养失调。
陈志澄等[6]研究发现,随Al 浓度升高,龙眼和荔枝对营养物质N 、K 、Ca 的吸收下降,尤以龙眼对K 、Ca 的吸收影响较大,但对于黄皮,低量Al 能增加其对K 、Ca 的吸收,高Al 仍使其对营养物质吸收下降。
一般来说,随外源铜浓度的增加,植物对其他常量元素的吸收降低[8]。
外源铜的增加对植物吸铁的影响尤为严重。
铜离子浓度的增加,明显抑制柑橘小苗对Ca 2+、M g 2+等元素的吸收,但其转移率与铜离子浓度的相关性并不显著[9]。
Alva 等[10]发现,随着营养液中铜浓度的增加,柑橘根对Zn 、Fe 和M n 的吸收减少,耐铜性较强的印度酸橘减少的幅度小于耐铜性较弱的Sw ingle 枳柚。
虽然铜引起梢中Zn 、Fe 和Mn 含量下降,但分配到梢中的比例却提高。
不过众多研究主要集中在对果树和茶树的影响上,对用材林木、生态林木的研究则较少。
113 对酶活性的影响重金属通过酶促作用而对光合、呼吸、代谢等产生不良影响。
酶属于蛋白质范畴,重金属胁迫可导致酶活性的失活、变性,甚至酶的破坏。
谈建康等[11]研究发现:马尾松菌根内葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和海藻糖酶活性受高铝胁迫的抑制。
铜能降低固氮酶的活性,大于01125mmol #L -1的Cu 2+会导致大叶相思(A 1aur iculif or mis )固氮酶活性急剧下降,0125mmol #L -1的Cu 2+则完全抑制大叶相思固氮酶的活性[12]。
过量铜还会抑制木本植物脱氢酶的活性,间接影响氮素的代谢[13]。
华北落叶松(L arix p rincip is -rupp rechtii )幼苗体内铜元素含量与PPO(多酚氧化酶)活性呈显著的正相关,锌对主根PPO 活性的提高也有较明显影响,但对其他器官PPO 活性有不同程度的抑制作用[14]。
114 对光合作用的影响叶绿体是植物进行光合作用的场所,叶绿素含量的多少直接影响光合能力的强弱。
叶片中叶绿素含量减少,就会影响光合作用的正常进行,对木本植物的生长产生危害。
许多研究表明,重金属胁迫抑制植物的光合作用,且抑制的程度与胁迫的程度呈正相关,另外,光合降低也与植物种类和发育时期以及重金属的种类有关[15]。
铝胁迫可影响龙眼幼苗光合作用,导致光合效率降低,叶绿素、类胡萝卜素含量,叶绿素a 与叶绿素b 的比值、净光合速率、CO 2饱和点均下降[16]。
过量铜可极显著地降低苹果(Malus p umilaMill )叶片叶绿素含量[17]。
许多重金属,特别是Zn 、Ni 、Cd 、Cr 、Co 、M o 、Mn,在不同的植物中可产生缺铁褪绿病[18]。
但重金属降低植物光合作用的机理与叶绿体、叶绿素等光合系统许多方面的变化都有关,是极为复杂的,因此应进一步在木本植物中进行相关领域的研究。
115 对木本植物的遗传损伤与影响受重金属污染的植物,体内细胞核、核仁严重遭到破坏,染色体发生不同程度的畸变,直接或间接地影响了细胞中DNA 和染色体的合成和复制,核酸代谢失调。
重金属可以影响DNA 和RNA 的含量,而DNA 和RNA 通过转录和翻译与蛋白质合成有关,因此,还可以利用重金属抑制DNA 和RNA 的合成去解释重金属抑制蛋白质的合成[15]。
另一方面,也可通过蛋白质表达的差异来推测基因序列的差异。
植物在短期污染下其遗传多样性水平降低,遗传毒害效应明显,但随时间推移以及人工选择作用的加强,核酸代谢活性变化趋向于正常值,遗传多样性有所回升和提高[19]。
植物在长期重金属污染下抗性进化的深入研究必须从其本质入手,即基因突变、碱基缺失、插入、重组及跳动基因方面进行[20],而木本植物则未见相关的报道,还有待于开展在这方面的深入研究。
2 木本植物对重金属的抗性木本植物在长期的进化过程中相应地产生了对重金属的抗性,通过调节其生理生化、新陈代谢等过#51#第1期陈岩松,等:木本植物重金属毒害及抗性机理程,降低金属的有效性,减轻或消除重金属对植物的毒害。
211 螯合作用20世纪80年代以来,许多研究者认为重金属能诱导植物形成重金属结合肽,且认为这是植物对重金属的主要解毒机制[21]。
根据植物重金属结合肽是否为基因编码的产物可分为类金属硫蛋白(Like-MT )和植物螯合肽(PC)2大类[22]。
M T 是一种富含Cys 残基的低分子量金属结合蛋白,通过Cys 残基的硫氢基和重金属结合形成无毒或低毒的络合物,从而消除重金属的毒害作用[23]。
迄今为止,虽然未得到纯化的完整的植物MT -Like 蛋白,但已从近30种植物中克隆到MT-Like 基因,它们均受重金属的调节[24]。
运用转基因技术,将M T -Like 基因转入非耐性或耐性低的木本植物中,可大大提高木本植物的重金属耐性,因此这也是一项很有应用前景的工作。
植物螯合肽(PC)是植物体内存在的Cd 的天然配体[25],PC 最早由Grill 从经镉离子诱导的蛇根木(Rauvolf ia ser pentine )悬浮细胞中提取的,它与MT 最大的差异是非基因产物,而是GSH 在PCs 催化下合成的小肽化合物[26]。