高等植物重金属耐性与超积累特性及其分子机理研究
重金属富集植物的超积累机理研究进展
ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００４－２７５Ｘ ２０２０ １２ ０３重金属富集植物的超积累机理研究进展张文博，王彩虹，刘艳萍（河套学院，内蒙古 临河 ０１５０００）摘 要：植物修复是重金属污染土壤的修复方法中最为绿色环保的技术，重金属在能够富集重金属的植物体内吸收和积累的机制是整个修复方法的关键所在，对整个植物修复技术的发展和突破有重大的意义。
主要从超累积植物对重金属的解毒机理、吸收和转运机制、抗性的机理等方面进行了综述。
关键词：重金属富集植物；解毒；转运；机理中图分类号：Ｑ９４５ １２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－２７５Ｘ（２０２０）１２－００９－０３ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＨｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＨｅａｖｙＭｅｔａｌ－ｅｎｒｉｃｈｅｄＰｌａｎｔｓＺｈａｎｇＷｅｎｂｏ，ＷａｎｇＣａｉｈｏｎｇ，ＬｉｕＹａｎｐｉｎｇ（ＨｅｔａｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ，Ｌｉｎｈｅ０１５０００）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｍｏｓｔｇｒｅｅｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｂｙｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ，ａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｐｌａｎｔｓｗｈｉｃｈｃａｎｅｎｒｉｃｈｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｓｔｈｅｃｏｒｅｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｒｅｍｅｄｉ ａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｉｔｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｄｅ ｔｏｘｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｕｐｔａｋｅａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ，ａｎｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ，ｄｅｔｏｘｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 近年来，由于工业化进程的加快，人类活动如开采、冶炼、化工等会造成土壤重金属的积累，同时，大量施用污泥化肥也会产生土壤重金属的污染，土壤重金属污染的形势也越来越严峻。
超累积植物与高生物量植物提取镉效率的比较
超累积植物与高生物量植物提取镉效率的比较杨勇;王巍;江荣风;李花粉【摘要】利用植物修复污染的土壤已受到广泛的关注.采用土壤盆栽试验,比较了超累积植物遏蓝菜与3种高生物量植物印度芥菜、烟草和向日葵对长期施用含镉有机、无机肥料污染的土壤(总Cd,2.87mg·kg-1)的提取效率.研究结果表明,遏蓝菜富集镉的能力明显高于其他3种植物,其地上部镉含量可达43.7mg·kg-1,分别是烟草、印度芥菜和向日葵(叶)的10、27和56倍;而地上部生物量最高的植物烟草,其生物量干重为24.8g· pot-1,分别是遏蓝菜、印度芥菜、向日葵的35倍、3倍、2倍.4种植物提取镉最多的是烟草,每盆可以提取117μg,遏蓝菜和印度芥菜提取镉量分别为35μg·pot-1和30μg·pot-1,向日葵提取量最少,每盆仅为10μg左右.植物对土壤中镉的提取效率分别为:烟草 1%,遏蓝菜0.6%,印度芥菜 0.5%,向日葵0.08%.4种植物种植后,土壤总镉和有效态镉含量没有显著的变化.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2009(029)005【总页数】6页(P2732-2737)【关键词】植物修复;重金属;烟草;超累积植物【作者】杨勇;王巍;江荣风;李花粉【作者单位】中国农业大学资源与环境学院,教育部植物-土壤相互作用重点实验室,农业部植物营养与养分循环重点实验室,北京,100193;中国农业大学资源与环境学院,教育部植物-土壤相互作用重点实验室,农业部植物营养与养分循环重点实验室,北京,100193;中国农业大学资源与环境学院,教育部植物-土壤相互作用重点实验室,农业部植物营养与养分循环重点实验室,北京,100193;中国农业大学资源与环境学院,教育部植物-土壤相互作用重点实验室,农业部植物营养与养分循环重点实验室,北京,100193【正文语种】中文【中图分类】Q143;Q948;X171随着我国经济的飞速发展和工业废水、废气和废渣的大量排放，土壤和农作物重金属污染问题日趋严重。
植物对重金属污染的生理适应机制
植物对重金属污染的生理适应机制在我们生活的环境中，重金属污染是一个日益严峻的问题。
这些重金属，如铅、镉、汞、铬等，可能来自工业排放、农业化学品的使用、垃圾焚烧等多种途径。
当土壤、水体等环境中存在过量的重金属时，植物的生长和生存就会面临巨大的挑战。
然而，令人惊奇的是，植物并非完全束手无策，它们在漫长的进化过程中发展出了一系列生理适应机制，以应对重金属的毒害。
植物应对重金属污染的第一道防线是细胞壁的阻隔作用。
细胞壁是植物细胞的外层结构，主要由纤维素、半纤维素和果胶等组成。
这些成分具有一定的孔隙和吸附能力，可以阻止重金属离子进入细胞内部。
当重金属离子接触到植物细胞壁时，它们会与细胞壁上的负电荷基团（如羧基、羟基等）结合，从而被固定在细胞壁上，减少了向细胞内的运输。
这种结合就像是在细胞的“大门”前设置了一道屏障，将大部分的“敌人”阻挡在外。
除了细胞壁的阻挡，植物细胞内的一些细胞器也发挥着重要的作用。
其中，液泡是一个关键的“储存库”。
液泡具有较大的空间和特殊的膜结构，可以将进入细胞内的重金属离子隔离在其中。
这样一来，重金属离子就被限制在液泡内，无法干扰细胞内其他重要的生理过程。
液泡中的一些有机酸、蛋白质等物质还可以与重金属离子结合，进一步降低其毒性。
可以说，液泡就像是细胞内的“监狱”，将重金属离子“囚禁”起来，以保护细胞的正常功能。
植物还能够通过调节自身的代谢过程来应对重金属污染。
例如，它们会增加一些抗氧化物质的合成，如谷胱甘肽、维生素 C 和维生素 E 等。
这些抗氧化物质可以清除由于重金属胁迫产生的过多自由基，减少氧化损伤。
自由基就像是一群“捣乱分子”，会破坏细胞内的蛋白质、脂质和核酸等重要分子，而抗氧化物质则是“维和部队”，能够维持细胞内的稳定和平衡。
此外，植物体内的金属螯合蛋白也在重金属解毒过程中扮演着重要角色。
金属硫蛋白和植物络合素是常见的两种金属螯合蛋白。
它们能够与重金属离子紧密结合，形成稳定的复合物，从而降低重金属离子的活性和毒性。
重金属超积累植物的研究进展
环 境 危 害 。 达 到修 复 土 壤 的 目的 。 以
１ 植 物 固定 化 作 用 ． ４
现 有 ４ ０多种 超 积 累重 金 属 植 物 ，积 累 ｃ 、 ｏ Ｎ 、 ｕ Ｐ ０ ｒＣ 、 ｉＣ 、 ｂ量 一 般 在 ０１ ．％以上 ， 、 ｎ 达 到 １ 以上 。 Ｍｎ Ｚ 可 ％
ｌ２ 根 系过 滤 作 用 －
随 着工 业 社 会 的发 展 ，越 来 越 多 的 金 属 产 品 成 为 人 们 日 常 工 作 生 产生 活 中必 不 可 少 的 工 具 ， 是 随 之 而 来 的 问 题 是 金 但 属 废 弃 物 对环 境 造 成 了严 重 的 危 害 ， 其 以重 金 属 离 子 进 入 土 尤
中的 Ｃ Ｃ ｄ、 ｕ和 Ｓ 。 ｅ
除 土 壤 中 的重 金属 污染 物 ， 但 费 用 昂 贵 工 程 量 大 ， 不 而且 需 要 大 量 的 专 业设 备 和专 业 工 程 技 术 人 员 ． 且 不 能 达 到 根 治 的 目 并
的 。 可 能 还 会 造 成二 次 污 染 等 后 果 。 对这 一 现 状 ， 究 重 金 很 针 研
减 小 土 壤 中 的污 染 物 毒 性 或 将 其 转 化 为 相 对 无 害 的物 质 ． 小 减
要 的 理 论 意 义 和实 用 价 值 ， 究 重 金 属 超 积 累 植 物 不 仅 可 以 帮 研
助 修 复 被 重 金属 物 质 污 染 的土 壤 ． 土 壤 中的 重 金 属 元 素 回 收 将 利 用 ， 可 以 帮 助 我们 寻找 矿 。本 文 就 部 分 重 金 属 超 积 累 植 还
金属型植物的抗性机制及其研究价值
金属型植物的抗性机制及其研究价值蔡深文【摘要】Metallophytes can survive and be reproduced in soils that are severely polluted by heavy metals. On the one hand they could reduce heavy metals absorbtion from soil environment by avoidance mechanisms;on the other hand, toxic action could be reduced by tolerance mechanisms such as combination with cell wall, compartmentalization, chelation, and antioxidation mechanisms. Metallophy-tes are regarded as more desirable materials for remediation of the heavy metal contaminated soils. Further research on resistance mech-anism of metallophytes is needed to provide theoretical foundation of revegetation and ecological restoration in heavy metal polluted ar-eas. It can also play important roles in the management of heavy metal pollution in soils.%金属型植物能够在重金属污染严重的土壤中生存和繁殖，一方面可以通过避性机制减少对环境中重金属的吸收，另一方面通过耐性机制，如细胞壁结合、区室化作用、螯合作用和抗氧化机制减小过量蓄积在体内的重金属产生的毒害作用。
重金属胁迫下药用植物耐受及超富集的机制
重金属胁迫下药用植物耐受及超富集的机制赵红芳;黄宝康【摘要】重金属胁迫下药用植物的生长、发育、繁殖等各个方面均会受到影响,同时植物长期在重金属胁迫环境下,产生植物耐受或超富集特性.本文就重金属胁迫及超富集药用植物进行了综述,包括重金属对药用植物生长的影响,植物在重金属胁迫下的耐受机制,超富集药用植物及其超富集的机制,并对重金属耐受与超富集特性对中药安全性的影响进行讨论.【期刊名称】《药学实践杂志》【年(卷),期】2010(028)006【总页数】5页(P406-409,467)【关键词】重金属胁迫;药用植物;耐受;超富集【作者】赵红芳;黄宝康【作者单位】福建中医学院药学系,福建,福州,350108;第二军医大学药学院,上海,200433;第二军医大学药学院,上海,200433【正文语种】中文【中图分类】R282重金属是指那些密度大于5～6 g/cm3的金属，主要包括镉、铬、汞、铅、铜、锌、银等。
常涉及环境污染，易产生生物毒性。
重金属对于土壤的污染不但对药用植物生长发育产生影响，而且影响中药材的质量，还可通过食物链传递而影响食用者的健康，因此中药中需要控制的重金属包括银、铅、汞、锡、铜、镉、铋、砷、锑等[1～3]。
重金属具有很高的植物毒性，在被重金属污染区域土壤中生长的植物，其根系吸收土壤中的重金属，大量的重金属离子进入植物内，干扰离子间原有的平衡，造成正常离子吸收、运输、渗透和调节障碍，破坏细胞膜的透性，影响细胞的生理调节，抑制植物光合作用和呼吸作用，抑制水分的吸收和运输[4]。
此外,重金属离子进入植物体内还可与核酸、蛋白质和酶等大分子结合，使其变性或活性降低，抑制植物碳水化合物、蛋白质、核酸等的正常代谢，使代谢过程紊乱，影响植物的生长、发育和繁殖等,成为一种胁迫因素。
如Cd通过抑制梧桐根的延长及根尖的发生从而抑制其生长[5]。
Cu和Cd对番茄和豌豆花粉萌发有强烈的抑制作用[6]。
此外,由于长期适应进化的结果，重金属异常区域的自然植被中往往含有着大量的重金属耐性植物(metaltolerantplant)、重金属超富集植物(hyperaccumulator)和指示植物(indicator)，这些植物对重金属污染土地的植被重建和植被修复具有重要价值。
植物积累重金属的机理及其在生态修复中的应用研究
植物积累重金属的机理及其在生态修复中的应用研究植物被广泛地应用在很多领域里，例如农业、林业以及生态修复等等。
其中，植物在生态修复中的应用越来越受到重视，其原因就在于它具备了重金属积累的能力。
重金属通常都对生物体有着不同程度的危害，而植物可以通过吸收、转运、积累这些重金属，来清除污染区域的土壤和水源，从而发挥生态修复的作用。
本文将分析植物积累重金属的机理，进而探讨它在生态修复中的应用研究。
一、植物积累重金属的机理植物积累重金属的机理是一个复杂的过程，其中不同的植物、不同的重金属，以及不同的环境条件，都会对这一过程产生影响。
现在已经有许多研究人员在进行该领域的研究，随着科技的不断进步，这一机理也越来越被全面深入地研究。
1、植物吸收重金属的方式植物吸收重金属主要通过以下三种方式：（1）根吸收法：这种方式是通过植物根部所分泌的根系分泌液吸收重金属。
这种方法的吸收速度相对较慢，但是它却是植物吸收重金属的主要方式。
（2）叶吸收法：这种方式是通过植物的叶子表面的气孔吸收重金属的。
这种方式的吸收速度比根吸收法快，但是它只能吸收少量的重金属。
（3）气态吸收法：这种方式是通过植物的叶子表面吸收空气中的重金属污染物质。
这种方式的吸收速度极快，但是其局限性比较大，只适用于一些特殊的植物。
2、植物转运重金属的方式植物转运重金属主要通过以下两种方式：（1）整株转运法：这种方式是植物将吸收的重金属通过根系运输到植物的上部部分，进而通过植物体内的循环系统分配到不同的器官中。
（2）分散转运法：这种方式是植物在吸收完重金属后，通过分泌物和蛋白质等有机物质来转运重金属，这样可以让吸收的重金属更分散而少积累在某一器官中。
3、植物积累重金属的机理植物积累重金属主要通过以下机理：（1）配位机理：通过植物体内的某些有机物质与重金属离子结合而形成一些细胞壁或细胞的内部复合物，从而达到重金属的积累和固定的作用。
（2）化学沉淀和共析机理：通过植物体内的矿物质和有机物质以及重金属离子的结合，而形成一些沉淀和共析的复合物，进而实现重金属的积累。
重金属超富集植物特征
重金属超富集植物特征重金属超富集植物是指能够吸收和富集土壤中重金属离子的植物。
它们通常具有一些特征，使它们能够在污染土壤中存活并吸收大量的重金属。
本文将介绍重金属超富集植物的特征，并探讨其应用和意义。
重金属超富集植物的特征主要包括以下几个方面：1.嗜重金属生长环境：重金属超富集植物通常能够在高浓度的重金属污染土壤中存活并生长。
它们对于高浓度的重金属离子具有较高的耐受性，能够忍受土壤中重金属离子对其生长和发育的影响。
2.物种特异性：不同的植物对不同的重金属具有不同的富集能力。
一些植物对某种特定的重金属具有高度的富集能力，而对其他重金属则没有富集能力。
这种物种特异性使得不同的植物能够在不同的重金属污染环境中发挥作用。
3.根系吸收机制：重金属超富集植物通常通过其根系吸收土壤中的重金属离子。
这些植物的根系具有一定的特殊结构，能够增加吸收面积和吸收能力。
同时，它们的根系也具有一定的选择性，可以选择性地吸收特定的重金属离子。
4.生理代谢调控：重金属超富集植物能够通过调控其生理代谢过程来应对重金属污染。
它们可以通过调节根系分泌物的产生和分泌量来影响土壤中重金属离子的活动性。
此外，它们还可以通过调节自身的酶系统和产生抗氧化物质来减轻重金属对植物细胞的损害。
5.富集效应：重金属超富集植物能够富集土壤中的重金属离子，并将其转移到地上部分。
这种富集效应可以通过根系吸收和转运、韧皮部和木质部吸收和转运以及叶片吸收等方式实现。
通过富集重金属离子，这些植物能够将污染物从土壤中清除，起到修复污染土壤的作用。
重金属超富集植物具有重要的应用和意义。
首先，它们可以用于修复和治理重金属污染土壤。
这些植物能够将土壤中的重金属离子吸收并富集在地上部分，达到减轻土壤重金属污染程度的目的。
其次，它们可以作为生物指示器来评估土壤中重金属污染的程度和范围。
通过调查和研究重金属超富集植物的分布情况，可以得出土壤中重金属污染的差异和分布规律。
此外，重金属超富集植物还可以作为重金属的生物监测器，用来监测和预警环境中的重金属污染。
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高等植物重金属耐性与超积累特性及其分子机理研究孙瑞莲2 周启星1*(1中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程重点实验室,沈阳 110016)(2中国科学院研究生院,北京 100039)摘 要 由于重金属污染日益严重,重金属在土壤_植物系统中的行为引起了人们的高度重视。
高等植物对重金属的耐性与积累性,已经成为污染生态学研究的热点。
近年来,由于分子生态学等学科的发展,有关植物对重金属的解毒和耐性机理、重金属离子富集机制的研究取得了较大进展。
高等植物对重金属的耐性和积累在种间和基因型之间存在很大差异。
根系是重金属等土壤污染物进入植物的门户。
根系分泌物改变重金属的生物有效性和毒性,并在植物吸收重金属的过程中发挥重要作用。
土壤中的大部分重金属离子都是通过金属转运蛋白进入根细胞,并在植物体内进一步转运至液泡贮存。
在重金属胁迫条件下植物螯合肽(PC)的合成是植物对胁迫的一种适应性反应。
耐性基因型合成较多的PC,谷胱甘肽(GS H)是合成PC 的前体,重金属与PC 螯合并转移至液泡中贮存,从而达到解毒效果。
金属硫蛋白(MTs)与PC 一样,可以与重金属离子螯合,从而降低重金属离子的毒性。
该文从分子水平上论述了根系分泌物、金属转运蛋白、MTs 、PC 、GS H 在重金属耐性及超积累性中的作用,评述了近10年来这方面的研究进展,并在此基础上提出存在的问题和今后研究的重点。
关键词 高等植物 重金属 耐性 超积累特性 植物修复HEAVY METAL TOLERA NCE AND HYPERACCUMULATION OF HIGHERPLANTS AND THEIR MOLEC ULAR MECHANISMS:A REVIEWSUN Rui_Lian 2and ZHOU Qi_Xing 1*(1Key L abo ratory o f Terrestrial Ec olo gical Proc ess ,Institute o f Applied Ecology ,Chine se Academy o f Sc ienc es ,Shenyang 110016,China)(2Graduate School o f Chine se Academy o f Sc ie nce s ,Bei j ing 100039,China)Abstract Owing to serious heavy metal pollution,much attention has been paid to its effects on soil_plant systems.The research of heavy metal tolerance and hyperaccumulation of higher plants has become a hot topic in the field of pollution ecology.With the development of molecular ecology,research on the mechanisms of heavy metal tolerance,detoxification and accumulation in higher plants has made progress in recent years.There are significant differences in the tolerance to and accumulation of heavy metals among higher plant species and genotypes.Root systems are the first entrance of heavy metal pollutants from the soil into plant.Root exudates reduce the availability and toxicity of metal pollutants and play an important role in ability for plants to absorb heavy metals.Almost all heavy metal ions enter root cells with the help of a metal transporter protein that are subsequently transported to the vacuole.The synthesis of PC in response to the stress caused by heavy metals is one of the adaptive responses com mon in higher plants.Heavy metal tolerant genotypes have higher le vels of PC than non_tolerant genotypes under heavy metal stress.GSH is the substrate that synthesizes PC,which chelates the heavy metals.Heavy metal_PC chelatins are subsequently transported from the cytosol to the vacuole and heavy metal detoxification is thus achieved.MTs play the same role and in the same wa y as PC under heavy metal stress.The article reviews recent advances in understanding the role of root exudates,metal transporter proteins (MTs,PC and GSH),molecular mechanisms of heavy metal tolerance and hyperac -cumulation in higher plants at the molecular level.Existing problems and major topics of future research were discussed.Key words Higher plant,Heavy metal,Tolerance,Hyperaccumulation,Phytoremediation 现代农业中各种农药和化肥的大量使用,汽车尾气的大量排放,城市污水及垃圾处理不当以及工收稿日期:2004-03-18 接受日期:2004-07-16基金项目:国家杰出青年科学基金(20225722)和国家自然科学基金重点项目(20337010) *通讯作者Author for correspondence E_mail:Zhouqi xing2003@E_mail:s unning527@植物生态学报 2005,29(3)497~504Acta Phytoecologica Sinica业生产所产生的 三废 的不合理排放,导致土壤中重金属含量急剧增加,土壤_植物系统中重金属污染问题日趋严重(周启星,1995;孙铁珩等,2001)。
尽管大多数高等植物在重金属污染的环境中不能生存,但人们发现仍有一些植物在较高浓度的重金属污染环境中可以生长,并且其中一些植物能积累超寻常高含量的重金属(周启星和宋玉芳,2004),远远超过了土壤中重金属含量。
植物对重金属的耐性和积累在品种间和种内存在明显的差异(周启星等, 2003;魏树和等,2003)。
Baker(1981)根据植物对重金属的吸收、转移和积累机制将植物分为3类:积累型(超积累型)、指示型(敏感型)和排斥型。
超积累植物是指对重金属的吸收量超过一般植物100倍以上的植物,积累的Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量一般在1.0mg g-1(Dry weight,DW)以上,积累的Mn、Zn含量一般在10mg g-1(DW)以上(周启星和宋玉芳, 2004)。
大多数的超积累植物都生长在金属富集的土壤上,同时具有金属耐性的特征(Bert&Macnair, 2000),但是对于一些超积累植物,例如Arabidopsis halleri和Thlas pi caerulescens在正常土壤也有分布并具有金属耐性,对于这些种类,许多学者认为其积累性和耐性是不相关或相反的特性(Meerts&van I-sacker,1997)。
Macnair和Bert(1999)认为,Arabidop-sis halleri对Zn的耐性和超积累性是两个相互独立的遗传特性。
Bert和Meerts(2003)认为,Arabidopsis halleri对Cd的耐性和积累性也是由独立遗传控制的。
这些研究暗示了超积累特性与耐性至少在一定程度上是由不同基因控制的。
相反,Lombi和Zhao (2000)研究Thlas pi caerulescens的结果显示其对Cd 的耐性和积累性是相互有关联的,虽然缺乏确凿的遗传证据,但他们仍提出Cd超耐性和超积累性以某种方式相联系。
到目前为止,植物对金属耐性及超积累性之间的关系在分子水平上仍不完全清楚。
一些普通植物在金属胁迫下的生理和分子机理的研究已在进展中,这些植物金属耐性基因的鉴定和功能描述对于污染土壤的植物修复研究将是非常有意义的。
由于目前所发现的大部分超积累植物生长速率慢,生物量少,限制了它们用于大规模污染土壤修复的潜力,因此阐明植物耐性、超积累性机制,分离克隆相关基因,利用植物基因工程技术,获得高效去除环境中污染物的转基因植物,可能是培育优良重金属超积累型植物的经济有效途径(周启星和宋玉芳,2004)。
目前,对植物重金属耐性、超积累特性及其分子机理的研究,已成为植物生态学和污染生态学领域的前沿和热点。
1 植物根系分泌物的功能及其分子生态学基础根系分泌物是植物根系释放到周围环境中的各种物质的总称,其组成包括碳水化合物、氨基酸和有机酸等。
根分泌物的组成和含量变化是植物响应环境胁迫最直接、最明显的反应之一(沈宏和严小龙, 2001)。
根系分泌物在重金属污染的土壤中可以改变重金属的化学行为与生态行为,从而改变重金属的有效性和对植物的毒性。
一方面,根系分泌物与根际中某些游离的重金属离子螯合形成稳定的金属螯合物复合体,以降低其活度,从而降低土壤中重金属的移动性,同时根系分泌物可以吸附、包埋重金属污染物使其在根外沉淀下来,而根系分泌的粘胶状物质(主要成分为多糖)可与Pb2+、Cu2+、Cd2+等重金属离子竞争性结合使其滞留于根外,这些都是植物重金属耐性机制的体现;另一方面,根系分泌物中大量的有机酸和酚类化合物与某些重金属如Fe3+、Mn2+、Zn2+形成络合物,增加了这些重金属作为养分离子的有效性,有利于植物吸收利用,增强植物抗环境胁迫的能力,这表现为植物对重金属的积累性。