植物重金属伤害及其抗性机理

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1、重金属对植物的伤害及植物对重金属的抗性机理本次课的主要内容第一部分：重金属的危害抗性研究的重要性第二部分：重金属对植物伤害效应及伤害机理重金属污染对植物的伤害效应重金属污染对植物的伤害机理第三部分：植物对重金属抗性和抗性机理植物对重金属的抗性植物对重金属的抗性机理一、重金属的危害抗性研究的重要性实例一60年代,日本发生的第二公害病—骨痛病，便是由于食用被镉废水污染的土壤生产的“镉米”所致。实例二贵州某地农村炼锌，竟将三百多公里的地带毁损得寸草不生。由此看出，作为食物链中的初级生产者的植物，过量的重金属在它们的根、茎、叶以及果实中大量积累，不仅严重

2、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等。正因为如此，植物重金属伤害及抗性机理的研究非常重要。二、重金属对植物伤害效应及伤害机理2.1重金属污染对植物的伤害效应许多重金属(例如Cu,Zn等)都是植物必需的微量元素，对植物的生长发育起着十分重要的作用。但是，当环境中重金属数量超过某一临界值时，就会对植物产生一定的毒害作用，轻则植物体内的代谢过程发生紊乱，生长发育受到抑制，重则导致植物死亡。2.1.1重金属污染对植物的直接伤害植物生长在重金属污染的环境中，由于质膜是有机体与外界环境的界面，所以植物细胞质膜首先接触到重金属，相应地重金属首先

3、并直接地影响到细胞质膜。重金属浓度越高，胁迫时间越长，对植物细胞质膜的选择透性、组成、结构和生理生化等的伤害就越大。孔祥生等(1999)利用不同浓度的Cd处理玉米幼苗，其叶片电导度和MDA（丙二醛）含量随Cd浓度的增大而增大.证明在重金属胁迫下，植物叶片细胞质膜的组成和完整性遭到破坏。细胞膜受到伤害后，细胞内的离子和有机物大量外渗，外界有毒物质进入细胞，结果导致植物体内一系列生理生化过程失调。2.1.1.1水分代谢砷As对作物的毒害，在于阻碍作物中水分输送，从根部向地上部分的水分供给受到抑制；铬Cr可引起永久性的质壁分离并使植物组织失水；Lamor

4、eaux等（1977）报道镉Cd可引起禾苗缺水并分析了使其缺水的原因；重金属对植物蒸腾作用的影响也十分明显。在低浓度毒物的刺激下，细胞膨胀，气孔阻力减小，蒸腾加速。当污染浓度超过一定值后，气孔阻力增加或气孔关闭，蒸腾强度降低。王焕校（1990）认为蒸腾下降可能与重金属诱导的植物体内ABA（脱落酸）浓度增加有关。重金属对植物水分代谢的影响了解较少，具体机理尚不清楚。有待进一步研究。2.1.1.2光合作用众多实验证明，重金属胁迫对植物的光合作用都是抑制的，并且降低效应与胁迫程度成正相关。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。王焕校（

5、1990）指出Cd污染对水稻不同发育时期的光合作用影响非常明显，并且其光合强度随着Cd浓度增高而降低。处理浓度为0.01mgkg-1时，水稻植株光合作用下降，拔节期减少了17%，开花期减少4%；处理浓度为0.05mgkg-1时，拔节期减少了23%，开花期减少8%；处理浓度为0.1mgkg-1时，拔节期减少了26%，开花期减少70%。重金属污染后植物叶绿体受到严重影响。彭鸣等（1991）用Cd、Pb处理玉米，发现叶绿体结构发生明显变化。Cd、Pb破坏了叶绿体膜系统，在低浓度处理下叶绿体的基粒片层稀疏，层次减少，分布不均。随着浓度升高，基粒片层消失，类

6、囊体出现空泡，基粒垛叠混乱，在高浓度条件下，膜系统开始崩溃，叶绿体球形皱缩，出现大而多的脂类小球。说明叶绿体功能遭到破坏。2.1.1.3呼吸作用重金属对植物呼吸作用的影响十分显著。杨树华等（1986）报道水稻种子萌发时的呼吸强度随Pb浓度增加而降低，呈显著负相关但Pb对水稻呼吸作用的抑制可随着萌发天数的增加而下降。这种现象的出现，可能与种子对不良环境的适应和本身的代谢调节有关。线粒体是植物体内呼吸作用的场所，所以重金属对呼吸作用的影响也与它们对线粒体的伤害有关。玉米线粒体是对重金属较敏感的细胞器。较低浓度的Pb、Cd处理时，线粒体内嵴减少或消失，在

7、Cd50mgkg-1、Pb1000mgkg-1条件下，线粒体肿胀成巨大型线粒体，内腔空泡，有的线粒体溃解。因此，高浓度Cd、Pb对玉米线粒体的伤害是不可逆转的，将造成呼吸作用降低，植物细胞死亡（彭鸣等1991）。2.1.1.4碳水化合物代谢一般认为，重金属污染时植物体内碳水化合物代谢紊乱。杨居荣等（1995）报道Cd污染可使几种植物体内可溶性糖含量降低；而周建华等（1999）的实验发现，高浓度Cd、Cr处理可使水稻幼苗叶片可溶性糖和淀粉含量降低；低浓度则对它们稍有促进作用，因此认为植物体内可溶性糖变化可能与重金属的污染程度有关，即低浓度重金属能增加

8、植物的可溶性糖含量，在高浓度条件下，可溶性糖含量则降低。孙赛初等（1985）研究发现，凤眼莲叶片中可溶性糖含量随着Cd浓度