As、Cd和Pb植物根系吸收途径和影响因素研究现状与进展.pdf

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1、2015年5月岩矿测试Vol_34．No．3Mav2015R0CKANDMINERALANALYSIS269—277文章编号：0254—5357(2015)03—0269—09DOI：10．15898／j．cnki．11—2131／td．2015．03．002As、cd和Pb植物根系吸收途径和影响因素研究现状与进展柳检，罗立强，。(1．中国地质大学(武汉)材料与化学学院，湖北武汉430074；2．国家地质实验测试中心，北京100037)摘要：环境中的毒性元素被植物吸收后，不仅危害植物生长，还会通过生物链的传递危害人类健康。植物吸收毒性元素有

2、根、茎、叶三种途径，其中根系吸收最为重要。明晰毒性元素进入根细胞的途径和影响因素，有助于阻控其进入植物，降低食用风险。近年来，在毒性元素根系吸收途径研究领域，国际上主要开展了吸收动力学过程、转运蛋白识别和外界环境作用机制研究。本文从根系对As、Cd、Pb的吸收途径和影响因素两个方面，对植物利用转运蛋白和离子通道跨膜转运过程、根际环境与共存元素的影响等进行了评述，并认为在分子尺度下开展毒性元素细胞吸收动态过程、细胞响应机制和根际多因素作用机理研究是该领域未来发展方向，同时推测As(In)的外排机制与P类似，且Pb¨利用了ca通道转运至木质部。

3、关键词：毒性元素；植物根系；吸收途径；影响因素；研究进展中图分类号：X821文献标识码：A毒性元素侵害植物体主要有三个途径：叶片吸植物能从土壤中吸收必需元素如Fe、Cu、Ni和收、茎吸收和根系吸收⋯，其中根系是最主要的吸zn，也会从土壤中吸收非必需元素如As、Cd、Pb，较收途径。近年来，在毒性元素植物根系吸收途径的低浓度的As、Cd、Pb进入植物体后，就会对植物细研究领域，国际上主要聚焦于以下四个方向：①毒性胞产生毒性¨。叶中As浓度在1～20g(干元素通过共质体途径和质外体途径进入植物体的动重)，Cd浓度在5—1Og／g(干重)，Pb浓

4、度在10～力学过程研究；②与转运毒性元素进入植物体相20txg／g(干重)范围时，就会危害大多数植物的生关的基因、蛋白的表征和鉴定；③毒性元素与必长_l。目前，在元素吸收途径的研究领域，关于植需元素竞争运输通道的机理探索_4；④根际外部环物根系对毒性元素的吸收机制和影响因素的研究持境和植物内部屏障对吸收的影响研究J。续成为各国关注的焦点。本文对植物利用转运蛋植物吸收毒性元素后会降低生物酶活性、干扰白、离子通道跨膜运输As、cd、Pb的过程，以及土壤代谢过程、破坏膜的完整性，使植物生长受到抑制，中共存离子、根际环境理化性质对As、cd、Pb吸

5、收且过量的吸收会因细胞坏死而导致植物死亡。例的影响进行了评述，并分析了当前存在的问题和今如，As(V)通过干扰氧化磷酸化反应和三磷酸腺苷后的研究方向。(ATP)的合成，影响代谢过程；As(1lI)与酶、组织蛋白的巯基反应会抑制细胞功能，破坏其光合作用1植物根系吸收As、Cd、Pb的主要途径和呼吸系统，抑制植物生长J。Cd通过干扰Ca、Mg当毒性元素通过植物根系侵入植物体时，其吸和P等的吸收，可抑制叶绿体的合成，降低质膜的收和积累受到四个生理学过程的控制和调节：从渗透性，使植物生长迟缓、萎黄和叶卷J。过量的土壤中吸收进入根细胞¨；排出至根际；

6、区隔于Ph通过改变膜的结构和渗透性、扰乱酶的活性、阻液泡；加载到木质部¨。碍有丝分裂及扭曲叶绿体结构等，导致植物生长矮植物根系通过共质体和质外体途径吸收土壤中化、萎黄和根系变黑¨。溶解态的毒性元素¨J。因以被动吸收为机制的收稿日期：2015—03—18；修回日期：2015—05～17；接受日期：2015—05—20作者简介：柳检，硕士研究生，研究方向为生物地球化学。E-mail：1iujian120129@126．tom。通讯作者：罗立强，博士，研究员，从事生物地球化学、分析化学研究。E-mail：luoliqiang@cags．ac_cn

7、。-——269-——第3期岩矿测试http}f．ykcs．as．cn质外体途径受到内、外皮层细胞形成的质外体屏障(图1D)，再经木质部长程运输到叶片，降低根中的的限制，使得以主动吸收为机制的共质体途径成积累量。另外，对于As的外排机制(图1B)，目前还为最主要的吸收方式。共质体吸收途径包括利用必未获得明确的结论。需元素的转运蛋白E213、离子通道¨4和内吞作用]运输As的转运蛋白在植物对As的抗性机制方三种方式，其中以转运蛋白运输为主。面也起着重要作用，若植物体内缺乏水通道蛋白或1．1转运蛋白吸收途径磷酸盐转运蛋白，就会减少对As的吸收，从

8、而增强植物根系可以通过磷酸盐转运蛋白、水通道蛋植物对As的抗性。例如，相比野生型拟南芥，缺白、阳离子转运蛋白和锌铁转运蛋白等吸收P、Si、少磷酸盐转运蛋白Phtl；1和Phtl；