重金属水污染对植物生长影响的方式及研究方法_胡金朝

收稿日期：2012－05－25；修回日期：2012－06－07

基金项目：河南省科技厅科技攻关项目（92102310130）；四川省教育厅项目（11ZB111）；四川省环境保护厅项目（2011HB005）作者简介：胡金朝（1972－），男，河南兰考人，西昌学院副教授，博士，主要从事细胞生物学教学与研究．

第28卷第9期

2012年9月商丘师范学院学报JOURNAL OF SHANGQIU NORMAL UNIVERSITY Vol．28No．9Sep．2012

重金属水污染对植物生长影响的方式及研究方法

胡

金朝（西昌学院农业科学学院，四川西昌615013）摘要：我国重金属水污染日趋严重，已明显危害到水生态和人类健康，有关重金属水污染对植物毒害机理的

研究越来越多．本文结合笔者的研究工作，介绍了重金属与重金属水污染的概念，总结了近年来有关重金属水污染对植物毒害影响的研究内容及相应研究方法，归纳了重金属水污染对植物毒害的一般规律与可能机理．

关键词：重金属；重金属水污染；植物；毒害

中图分类号：X173文献标识码：A 文章编号：1672－3600（2012）09－0074－05

The toxic effects of heavy metal stress on the growth of aquatic plant

HU Jinzhao

（School of Agricultural Sciences ，Xichang College ，Xichang 615013，China ）

Abstract ：Nowadays ，the contamination of heavy metals is becoming more and more serious in our country ，which has obviously put great toxic effects on aquatic ecosystem and human health．Hence ，studies on the toxic mecha-nism of aquatic plants of heavy metal stress are on the increase．According to my studies ，the paper introduces the definitions of heavy metal and heavy metal water pollution ，summarizes the research contents of the toxic effects of heavy metal stress on the growth of aquatic plants and their relevant methods in recent years ，explains the general patterns of the toxic effects ，and reviews the toxic mechanism of aquatic plants of heavy metal stress．

Key words ：heavy metal ；stress ；aquatic plants ；toxic effects

1重金属及重金属水污染

重金属的概念通常有两种表述形式，一是指比重超过5的金属，二是指元素周期表中原子序数在20以

后的元素［1］．刘静宜等则把环境污染中的重金属定义为汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以

及锰、钼、镍、铜、钴、锡、锌等有一定毒性的一般元素［2］．重金属水污染通常是指排入水体的重金属量超过了

水体自身的净化能力，

从而改变了水体的组成及其理化性质，使水中生物的生长条件恶化，并进而影响到人类生活和健康的自然现象．

重金属水污染是当今世界上最严重的环境问题之一．近年来，我国的重金属水污染呈加重趋势，

2008－2009年，相继爆发了贵州独山县、湖南辰溪县、广西河池、云南阳宗海、河南大沙河等5起砷污染事件；2009

年8月，陕西省凤翔县3个村庄发生851名儿童血铅超标事故，

2010年全国发生了14起重金属污染事件，2011年1－5月份又发生了7起血铅事件［3］．因此，如何有效地监测、控制和治理水体重金属污染成为广大环保工作者的研究热点．鉴于水生植物在湖泊、河流等水生态系统里的重要作用，国内外研究人员就其在重

金属水污染监测和治理方面做了大量研究，并积累了许多经验［4］．本文就近年来重金属对水生植物毒害相

关研究进行了初步的总结．

2重金属水污染对植物生长影响的方式及主要研究方法

目前，关于重金属水污染对植物的毒害影响研究主要集中在重金属对水生植物的生态毒理学研究与缓

解水生植物重金属毒害的机理研究两个方面．在实验室条件下，

模拟重金属水污染设计重金属胁迫植物的类型主要有两种，即模拟自然环境中单一重金属离子胁迫和由2种或2种以上不同重金属离子构成的复合因子胁迫．

2．1

重金属在水生植物体内的富集、迁移、亚细胞分布及化学形态［5－10］水生植物有较强的吸收富集水体重金属能力，这些植物可有效地应用于清除和修复重金属污染水体［5，6］

．研究表明，重金属被植物吸收后，以不同的化学形态存在于细胞中，重金属在植物体内的迁移、在不同细胞器中的分布及对植物的毒害程度均与其在细胞内的化学形态有关．可用电感耦合等离子体原子发射

光谱法测定重金属在水生植物体内的富集及亚细胞分布［7，8］，用逐步提取法研究重金属在植物体内的存在

形态［9］，用改良的硫化物－银法或荧光定位法研究重金属离子在植物细胞内的组织定位［10］．

2．2重金属水污染对植物吸收矿质元素的影响

我们用含镉的培养液培养慈姑，发现镉促进慈姑对钙、铜、锰和铁的吸收，而抑制镁、钠和钾的吸收［11］．

重金属胁迫影响水生植物根系活力及不同器官对矿质元素的吸收，从而对植物的生长发育产生不利影响．用α－萘胺氧化法或TTC 法测定根系活力，用原子吸收光谱法测定水生植物对矿质元素的吸收，而植物的生长量可用称量法直接测定．

2．3重金属水污染对植物光合作用与呼吸作用的影响

重金属水污染对植物光合作用影响的研究已有许多报道，其内容主要包括水生植物的叶绿素自发荧光、

叶绿素含量、叶绿素a /b 值及叶绿素/类胡萝卜素值在重金属胁迫下的变化，叶绿体Ca 2+－ATPase 活性、

Mg 2+－ATPase 活性、光合速率及类囊体膜电子传递活性测定等．用激光共聚焦扫描显微技术（LSCM ）测定自

发荧光［12］，用分光光度计法测定光合色素，叶绿体的制备及叶绿体Ca 2+－ATPase 活性测定用刘厚田等的方

法［13］，叶绿体Mg 2+－ATPase 活性测定可参照蔡剑萍等［14］与李琳等［15］的方法，类囊体膜的制备及类囊体膜

电子传递活性的测定用改进的B．B．Y．法．光合速率（PS Ⅰ还原能力及PS Ⅱ放氧活性）分别用氧电极和自动记录装置分段测定．呼吸作用的研究内容主要是水生植物呼吸强度在重金属胁迫下的变化，通常用薄膜氧电

极法测定［16］．

2．4重金属水污染对植物抗氧化酶系统及硝酸还原酶的影响

［11］植物抗氧化酶系统又称植物防御过氧化系统，一般包括超氧化物歧化酶（SOD ）、过氧化物酶（POD ）、过

氧化氢酶（CAT ）及谷胱甘肽过氧化物酶（GSH －PX ）等［17］，能有效地清除活性氧，防止细胞膜系统过氧化作

用的发生．SOD 、CAT 活性分别采用化学比色法和氧电极法测定，根据测定原理，一些研究单位开发了专门的

试剂盒，如南京建成生物工程研究所开发的SOD 试剂盒、CAT 试剂盒由于操作简单，结果可靠，我们在研究

中常常使用．POD 活性用愈创木酚比色法测定，

GSH －PX 活性可用专门的试剂盒测定，用聚丙烯酰胺凝胶电泳研究重金属胁迫下POD 、

SOD 等同工酶的变化已有许多报道．硝酸还原酶（NRase ）是一类含巯基的诱导酶，催化硝酸盐为亚硝酸盐，是植物利用氮素过程中的一个关键酶，其活性的测定通常有体外法和体内法两

种，实验室通常用磺胺比色法测定［17］．

2．5重金属水污染对植物可溶性糖、可溶性蛋白、总脂及脯氨酸含量的影响

可溶性糖是植物细胞重要的渗透调节物质，能在逆境条件下最大限度地保持细胞的渗透压，增强植物对

逆境的适应能力

［18］．可溶性糖与可溶性蛋白含量分别用考马斯亮蓝G －250法和蒽酮比色法测定，总脂及脯

氨酸含量分别用气相色谱和J．库姆斯［19］的方法测定．2．6重金属水污染对植物活性氧物质、丙二醛（MDA ）含量及膜透性的影响

植物在正常代谢的过程中产生的超氧阴离子（O 2．－）、过氧化氢（H 2O 2）等活性氧物质，能及时被抗氧化

酶系统清除而保持在正常水平．受重金属胁迫后，植物体内的活性氧物质显著地增加，从而直接或间接地启动细胞膜脂过氧化作用，破坏细胞膜结构与功能，使细胞内含物外渗，代谢紊乱，导致一系列有害的生理生化变化，这是重金属毒害植物的重要机制［7，20］．用羟胺氧化法和试剂盒法分别测定O 2．－产生速率与H 2O 2含

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