第九章重金属对植物的危害
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二、重金属在环境中的有效性及分析手段
（一）土壤中重金属生物有效性
重金属的生物有效性一般是指环境中重金 属元素在生物体内的吸收、积累或毒性程度。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
（二）土壤中重金属生物有效性的评价方法
（1 ）化学浸提法(化学萃取法)
1、一次浸提法 ： 酸试剂浸提法 、螯合剂浸 提法、中性盐和缓冲试剂浸提法 、微乳液浸提法
三、重金属对代谢的影响
➢ 影响酶活性和功能，从而引起植物生理代谢功能 的紊乱，生长发育受阻甚至死亡；
➢ 影响养分膜运输，原因可能重金属抑制膜上ATP 酶的活性，或是取代了钙等离子，使膜稳定性下 降；
➢ 影响其他营养元素的吸收 拮抗作用。
四、植物对重金属的抗性机制
1、细胞的忍耐作用 植物相对耐性的大小可能是细胞对其分隔能力
2、重金属污染的分类
①单一污染 ②复合污染
3、农田系统中重金属的生态循环
大气 沉降
污泥 垃圾
肥料
灌水
其他
土壤动物 蔬菜
土壤
家禽家畜 人
土壤微生物 粮食作物
Dry Deposition Particulates-Gases
INPUTS
Could water interception
Precipitation
2、连续浸提法：可交换态、有机态、无定形 氧化铁和锰结合态 、残渣态浸提剂
（2）植物培养法 1、 幼苗密集培养法(又名黑麦幼苗法) 2、盆钵试验 3、田间试验
（三） 生物有效性影响因素
❖ 1、土壤中的重金属总量 ❖ 2、土壤溶液的pH ❖ 3、土壤的有机质含量 ❖ 4、化学试剂的影响 ❖ 5、元素之间的相互作用 ❖ 6、粘土含量 ❖ 7、植物种类 ❖ 8、农业活动 ❖ 9、污染时间
磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 TSP TSP
SP SP SP
60~340
3~15 15~17 0.4~0.6 0.5~0.6 0.9~4.0
0.8 0.7 4~109 50~250 10~20 0.4~0.6 38~48 0.2~117
Auer,1977
USEPA,1974 Machelett,1984 Machelett,1984 四川农大，1985 Fertilizer weed, 1991 Fertilizer weed, 1991 Fertilizer weed, 1991 Williarms, 1974 Mortved & Giordano,1977 Mortved & Giordano,1977 四川农大，1985 Williams & David,1973 Machelett, ect., 1984
第九章重金属对植物的危害
第一节 重金属在环境中的分类及有效性
工业“三废”的排放、城市垃圾、污 泥和含重金属的农药、化肥等
重金属污染的土壤，涉及的元素主要 有汞、镉、铬、铅、铜、砷、氟等
部分国家或地区磷矿(肥)中镉含量
(mg/kg)
国家或地区 测试样品 CD含量
资料来源
美国西部
美国东部 摩洛哥 原苏联 中国四川 中国云南 中国贵州 中国宜昌 澳大利亚 美国西部 美国东部 中国四川 澳大利亚 德国
第二节 植物的重金属胁迫与避免
一、重金属胁迫程度的划分 二、重金属对植物生物膜伤害机理 三、重金属对代谢的影响 四、植物对重金属的抗性机制
一、重金属胁迫程度的划分
轻度胁迫 中度胁迫 重度胁迫
二、重金属对植物生物膜伤害机理
重金属是脂质过氧化的诱导剂,当重金属处 理植物时,细胞内自由基的产生和清除之间的平 衡受到破坏,导致大量的活性氧自由基产生,自 由基引发膜中不饱和脂肪酸产生过氧化反应,破 坏膜的结构和功能。
FLUXES
Parent Material Mineral Soil Forest Floor
Litterfall
Decoposition Root Uptake
Root Dieback
Weathering
Stemflow
Throughfall
Resuspension of metals from fires, dust…
木质部输导组织吸附一部分重金属离子，因而 减少了运输到地上部的数量。
影响植物对重金属离子吸收和累积的因素
重金属离子的性质、土壤条件和植物的遗传特性
重金属毒害的外观症状及危害
症状：根系发育异常，地上部青枯，叶片失绿等， 严重时全株死亡 重金属可完全抑制土壤中的共生固氮过程
对土壤中酶活性产生影响
在土壤—植物系统中的迁移直接影响到植物的生理生 化和生长发育，从而影响作物的产量和质量
不同所致，耐性强的细胞具较强的分隔能力，将重金 属离子排放到液泡里与有机酸形成络合物，避免重金 属的毒害作用。 2、植株的整体控制，根系的排斥作用
根系通过分泌有机酸与重金属离子在根外形成 络合物，或分泌氧将根周围的重金属离子氧化而降低 有效度；
根系已经吸收的重金属在根细胞形成稳定的络 合物排放到液泡中去，降低了其移动性；
植物挥发 植物降解 植物固定
植物修复重金属污染土壤的机理示意图
重金属的生物修复途径
种植木本植物、经济作物，利用其对重金属 的吸收、积累和耐性除去重金属
利用生物化学、生物有效性和生物活性原则， 把重金属转化为较低毒性产物 (络合态、脱 烷基、改变价态 )
利用重金属与微生物的亲合性进行吸附及生 物学活性最佳的机会，降低重金属的毒性和 迁移能力
植物组织积累 植物排斥
二、重金属在环境中的有效性及分析手段
（一）土壤中重金属生物有效性
重金属的生物有效性一般是指环境中重金 属元素在生物体内的吸收、积累或毒性程度。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
（二）土壤中重金属生物有效性的评价方法
（1 ）化学浸提法(化学萃取法)
1、一次浸提法 ： 酸试剂浸提法 、螯合剂浸 提法、中性盐和缓冲试剂浸提法 、微乳液浸提法
三、重金属对代谢的影响
➢ 影响酶活性和功能，从而引起植物生理代谢功能 的紊乱，生长发育受阻甚至死亡；
➢ 影响养分膜运输，原因可能重金属抑制膜上ATP 酶的活性，或是取代了钙等离子，使膜稳定性下 降；
➢ 影响其他营养元素的吸收 拮抗作用。
四、植物对重金属的抗性机制
1、细胞的忍耐作用 植物相对耐性的大小可能是细胞对其分隔能力
2、重金属污染的分类
①单一污染 ②复合污染
3、农田系统中重金属的生态循环
大气 沉降
污泥 垃圾
肥料
灌水
其他
土壤动物 蔬菜
土壤
家禽家畜 人
土壤微生物 粮食作物
Dry Deposition Particulates-Gases
INPUTS
Could water interception
Precipitation
2、连续浸提法：可交换态、有机态、无定形 氧化铁和锰结合态 、残渣态浸提剂
（2）植物培养法 1、 幼苗密集培养法(又名黑麦幼苗法) 2、盆钵试验 3、田间试验
（三） 生物有效性影响因素
❖ 1、土壤中的重金属总量 ❖ 2、土壤溶液的pH ❖ 3、土壤的有机质含量 ❖ 4、化学试剂的影响 ❖ 5、元素之间的相互作用 ❖ 6、粘土含量 ❖ 7、植物种类 ❖ 8、农业活动 ❖ 9、污染时间
磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 磷矿 TSP TSP
SP SP SP
60~340
3~15 15~17 0.4~0.6 0.5~0.6 0.9~4.0
0.8 0.7 4~109 50~250 10~20 0.4~0.6 38~48 0.2~117
Auer,1977
USEPA,1974 Machelett,1984 Machelett,1984 四川农大，1985 Fertilizer weed, 1991 Fertilizer weed, 1991 Fertilizer weed, 1991 Williarms, 1974 Mortved & Giordano,1977 Mortved & Giordano,1977 四川农大，1985 Williams & David,1973 Machelett, ect., 1984
第九章重金属对植物的危害
第一节 重金属在环境中的分类及有效性
工业“三废”的排放、城市垃圾、污 泥和含重金属的农药、化肥等
重金属污染的土壤，涉及的元素主要 有汞、镉、铬、铅、铜、砷、氟等
部分国家或地区磷矿(肥)中镉含量
(mg/kg)
国家或地区 测试样品 CD含量
资料来源
美国西部
美国东部 摩洛哥 原苏联 中国四川 中国云南 中国贵州 中国宜昌 澳大利亚 美国西部 美国东部 中国四川 澳大利亚 德国
第二节 植物的重金属胁迫与避免
一、重金属胁迫程度的划分 二、重金属对植物生物膜伤害机理 三、重金属对代谢的影响 四、植物对重金属的抗性机制
一、重金属胁迫程度的划分
轻度胁迫 中度胁迫 重度胁迫
二、重金属对植物生物膜伤害机理
重金属是脂质过氧化的诱导剂,当重金属处 理植物时,细胞内自由基的产生和清除之间的平 衡受到破坏,导致大量的活性氧自由基产生,自 由基引发膜中不饱和脂肪酸产生过氧化反应,破 坏膜的结构和功能。
FLUXES
Parent Material Mineral Soil Forest Floor
Litterfall
Decoposition Root Uptake
Root Dieback
Weathering
Stemflow
Throughfall
Resuspension of metals from fires, dust…
木质部输导组织吸附一部分重金属离子，因而 减少了运输到地上部的数量。
影响植物对重金属离子吸收和累积的因素
重金属离子的性质、土壤条件和植物的遗传特性
重金属毒害的外观症状及危害
症状：根系发育异常，地上部青枯，叶片失绿等， 严重时全株死亡 重金属可完全抑制土壤中的共生固氮过程
对土壤中酶活性产生影响
在土壤—植物系统中的迁移直接影响到植物的生理生 化和生长发育，从而影响作物的产量和质量
不同所致，耐性强的细胞具较强的分隔能力，将重金 属离子排放到液泡里与有机酸形成络合物，避免重金 属的毒害作用。 2、植株的整体控制，根系的排斥作用
根系通过分泌有机酸与重金属离子在根外形成 络合物，或分泌氧将根周围的重金属离子氧化而降低 有效度；
根系已经吸收的重金属在根细胞形成稳定的络 合物排放到液泡中去，降低了其移动性；
植物挥发 植物降解 植物固定
植物修复重金属污染土壤的机理示意图
重金属的生物修复途径
种植木本植物、经济作物，利用其对重金属 的吸收、积累和耐性除去重金属
利用生物化学、生物有效性和生物活性原则， 把重金属转化为较低毒性产物 (络合态、脱 烷基、改变价态 )
利用重金属与微生物的亲合性进行吸附及生 物学活性最佳的机会，降低重金属的毒性和 迁移能力
植物组织积累 植物排斥