重金属铜镉胁迫下植物响应的研究进展
镉对植物胁迫效应的研究进展
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１ 镉 对植物 的 毒害效 应
关 键 词 ： ； 迫 ； 应 机 制 镉 胁 响
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文献标识码
Ａ
文章编号
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近年来 ， 由于工业 “ 三废 ” 的排 放 、 种 化 学产 品 的使 各 用， 以及 不 合 理 的农 业 管 理措 施 ， 致 镉 污 染 日益 严 重 。 导
酸 、 氨 酸 和 甘 氨 酸 组 成 的 Ｃ “ 络 合 多 肽 ， 分 子 量 较 谷 ｄ 其 低 ， 般 为 ２～ Ｋ 化 学 式 为 （ｙ—Ｇ ｕ ｙ ） Ｇ ｙ ｎ：２— 一 ４ Ｄ， ． ｌＣ ｓ ｎ ｌ （
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２１ 络 合机 制 络合 机制 是植物 解除镉 毒 害 的主要 方式 ．
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植物对重金属污染的响应和适应性研究
植物对重金属污染的响应和适应性研究随着工业化和城市化的迅速发展，重金属污染问题日益突出。
重金属是一种有毒物质，对人类和生物环境都有着危害。
在此背景下，了解植物对重金属污染的响应和适应性研究，对于预防和治理重金属污染具有重要意义。
一、植物对重金属污染的响应1.叶片的变化重金属污染对植物的叶片有着明显的影响。
在高浓度镉、铜、铅等重金属的污染下，植物的叶片颜色会发生改变，从正常的绿色变得黄绿色或黄色，并且叶片会出现斑点，甚至干枯。
此外，植物在重金属污染下的叶面积和叶片厚度也会有所减少，从而影响植物的生长发育。
2.根系的变化重金属污染也会对植物的根系造成损害。
研究表明，在重金属污染下，植物的根系可能会被抑制生长、甚至死亡。
而对于经常接触到重金属的植物，它们则可以通过调节低剂量重金属处理下的根系结构，在根系表面增加细胞壁厚度、毛发和分泌物，从而增强了根系对重金属的耐受性，使其能够更好地适应重金属污染环境。
二、植物对重金属污染的适应性研究1. 超微结构变化近年来，研究人员发现植物在重金属污染环境中可以调节其超微结构，以适应这种环境。
高濃度鋅離子重金屬污染下，植物的叶片细胞壁会变得更厚，细胞壁蛋白会发生改变，从而使细胞被释放镉的影响降至最低。
同时，植物还会在根系界面部分形成钙化结构，可大大降低根吸收毒素的能力，互不影响。
2.激素调控机制过去的研究发现，植物在重金属污染条件下会产生一些特殊的激素，如脱落酸和赤霉素等。
这些激素能够调节植物对重金属的吸收和耐受性，促进植物对重金属污染的适应性。
比如，在低浓度的镉离子 (Cd) 污染下，植物的叶绿素含量会发生变化，而且丙二酸 (ABA) 在植物响应Cd胁迫方面发挥着重要作用，研究表明ABA可以通过连接受体口袋并作为激活子的方式，激活对ABA反应的植物蛋白激酶（SnRK2s）来增强重金属胁迫下的植物适应性。
3.菌根真菌近年来的研究发现，菌根真菌能够增强植物对重金属污染的耐受性。
镉胁迫对植物生长及生理生态效应的研究进展
镉胁迫对植物生长及生理生态效应的研究进展作者：宋建金凤媚薛俊刘仲齐来源：《天津农业科学》2014年第12期摘要：镉（Cd）污染对植物的生长发育可产生较大影响，低浓度的Cd胁迫可在一定程度上促进植物的生长，但高浓度的Cd胁迫对植物生长有抑制效应；在超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等保护性酶的调节下，可以在一定程度上缓解Cd 胁迫对植物膜脂的过氧化伤害作用。
本文在总结国内外相关研究的基础上，就 Cd 胁迫对植物的生长发育及生理生态效应进行了简要综述，并指出了存在的问题与发展前景。
关键词：镉；植物；生理生态效应中图分类号：X173 文献标识码： A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.12.005重金属污染是全球面临的严峻问题之一，是仅次于农药污染的第二大污染。
其中镉（Cd）因周期长、移动性大、毒性高、难降解等而备受关注。
土壤中的镉污染主要是随着采矿冶炼和电镀工业的不断发展而积累起来的[1]。
镉不是植物生长发育所必需的营养元素，但易被植物吸收，过量的镉会对植物产生毒害，导致作物减产。
镉进入植物体内能够被根系和叶片吸收，然后在各组织部位积累，进而通过食物链进入人体积累，加剧人的衰老进程，引发多种疾病，给人类健康带来巨大危害[2]。
关于重金属镉的污染问题，国内外做了大量的研究工作。
目前研究主要集中在Cd的吸收、富集以及其对植物生长发育、生理生化的影响等方面。
1 Cd在植物体内的富集特征及分布不同植物对Cd的吸收累积效应大不相同，通常采用富集系数来说明某种植物对Cd的吸收累积能力。
土壤Cd被植物吸收后，大部分富集在根部，迁移至地上部的一般较少[3]。
Wang等[4]在研究6种蔬菜对Cd的富集吸收能力时发现，叶菜类蔬菜如大白菜、青菜和蕹菜比非叶菜类蔬菜如丝瓜、茄子和豇豆具有较高的富集系数，表明叶菜类蔬菜比非叶菜类蔬菜更容易吸收土壤中的Cd。
重金属铜镉胁迫下植物响应的研究进展
重金属铜镉胁迫下植物响应的研究进展重金属污染是当今世界面临的严重环境问题之一。
铜和镉是常见的重金属污染物质，它们对植物生长和发育产生了严重的负面影响。
在受到铜镉胁迫时，植物会产生一系列的生理和生化变化，以对抗这种胁迫。
近年来，针对植物在重金属铜镉胁迫下的响应机制进行了深入的研究，揭示了一些重要的进展和发现。
本文将对相关研究进行综述，以探讨植物在重金属铜镉胁迫下的响应机制及其相关研究进展。
1.植物受重金属铜镉胁迫的响应机制铜镉胁迫会导致植物体内的氧化应激反应增强，进而导致氧化损伤和细胞膜的脂质过氧化。
铜镉胁迫还会导致植物体内铜和镉含量的增加，进入到植物的生长组织中，对生物膜和蛋白质产生损伤。
植物为了对抗重金属铜镉胁迫，会产生一系列的生化和生理变化，包括抗氧化酶系统的激活、非酶抗氧化物质的积累、活性氧的清除、金属离子的螯合和分配等。
这些反应的产生通过一系列的信号转导通路进行调控，以维持细胞内环境的稳态，从而适应铜镉胁迫的环境。
针对重金属铜镉胁迫对植物生理生化特性的影响进行了深入的研究。
研究发现，铜镉胁迫会导致植物根系和地上部的生长受到抑制，叶绿素含量和光合作用受到影响，导致叶片的黄化和光合速率的下降。
铜镉胁迫还会导致植物体内的抗氧化酶活性的增加，包括超氧化物歧化酶、过氧化物酶、还原型谷胱甘肽等，以应对活性氧的增加。
植物还会产生非酶抗氧化物质，包括谷胱甘肽、类胡萝卜素、维生素C等，以清除自由基，减轻铜镉胁迫对生物体的损伤。
随着分子生物学和基因工程技术的发展，研究人员不断地深入探讨植物在铜镉胁迫下的分子机制。
已经发现了一系列参与植物响应铜镉胁迫的基因和蛋白质。
这些基因和蛋白质可以被分为参与铜镉胁迫感知和信号转导的、参与金属通道的、以及参与金属离子螯合和排出的。
质膜和胞质螯合蛋白质在感知金属胁迫和调控金属转运中起着关键作用，其中一些金属螯合蛋白质家族成员表明与铜镉胁迫的耐受性相关联。
一些逆境胁迫响应基因也对植物在铜镉胁迫下的响应起着重要作用，如乙烯合成相关基因、WRKY转录因子家族。
重金属铜镉胁迫下植物响应的研究进展
重金属铜镉胁迫下植物响应的研究进展重金属对植物生长发育的影响一直是植物生态学领域的热点问题之一。
重金属污染已成为全球范围内的环境问题，严重威胁着生物多样性和生态系统稳定性。
铜和镉是常见的重金属污染物，它们在土壤中积累会对植物的生长和发育产生严重影响。
研究在重金属铜镉胁迫下植物的生理和分子响应机制对于揭示植物适应重金属胁迫的机制、筛选和育种重金属胁迫耐受植物品种具有重要意义。
本文将就重金属铜镉胁迫下植物响应的研究进展进行综述，以期为相关研究提供参考和启发。
一、重金属铜镉对植物的胁迫作用铜和镉是土壤中常见的重金属元素，它们可以通过化肥、农药、工业废水等途径进入土壤。
当铜和镉在土壤中积累到一定浓度时，就会对植物的生长和发育产生胁迫作用。
铜和镉可以影响植物的根系生长、叶片生长、叶绿素含量、光合作用等生理生化过程，进而影响植物的生长发育和产量。
铜和镉还可以诱导植物产生氧化应激，导致细胞膜的脂质过氧化，细胞色素的氧化破坏，以及蛋白质的氧化失活，最终导致细胞和组织的坏死和死亡。
在重金属铜镉胁迫下，植物会产生一系列的生理响应以应对外界的压力。
植物会通过调节根系的生长和形态来适应铜镉胁迫环境。
在铜镉胁迫下，植物的根系会减少主根长度，增加细根数量和长度，以增大吸收面积和提高物质吸收效率。
植物会通过调节叶片的生长和形态来减缓铜镉胁迫对叶片的伤害。
铜镉胁迫会导致植物叶片的叶绿素含量减少，光合作用减弱，以及气孔关闭和光合产物的积累，从而减缓光合作用和光合产物的合成速率。
植物还会调节细胞的生理代谢过程以应对铜镉胁迫。
铜镉胁迫会诱导植物细胞产生氧化应激，从而激活抗氧化酶系统，如过氧化物酶、超氧化物歧化酶等，以清除体内的氧化物质，保护细胞膜、叶绿体和蛋白质的完整性和功能。
近年来，随着生物学技术的快速发展，人们对重金属铜镉胁迫下植物响应的研究取得了显著进展。
在模拟实验条件下，人们通过测定植物的生理生化指标和分子生物学手段，揭示了植物在重金属铜镉胁迫下的生理和分子响应机制。
镉对植物的生长影响研究现状
镉对植物的生长影响研究现状摘要：土壤镉污染已成为目前较为严重的环境问题之一。
镉是植物生长发育的非必需微量元素，过量镉不仅会影响植物的生长，还可能在植物体内积累，经食物链进入人体后威胁人类的生命健康。
本文介绍了镉对植物生长发育及代谢的影响，并对相关研究领域的重点问题进行了展望。
关键词：镉；植物；影响1前言随着工业化进程的加快、采矿业的扩张、化肥的滥用以及污水灌溉，土壤重金属污染已成为一种普遍现象[1]。
据2014年发布的《全国土壤污染调查公报》显示，中国农用耕地点位超标率为19.4%，其中铜（Cu）、锌（Zn）、镉（Cd）的点位超标率分别为2.1%，4.8%和7.0%。
镉作为主要污染物之一，具有很高的生物可利用性和生物高毒性[2]，因此被广泛关注。
土壤中的镉不会发生化学降解或被微生物降解，一旦进入土壤就会在土壤中长期存在[3]。
污染土壤中的镉经植物根系吸收后在植物体内富集，进而影响植物的生长发育。
本文主要从四个方面介绍了镉对植物生长发育的影响。
2镉对植物生长的影响2.1对种子萌发的影响种子萌发是植物生命周期中最重要的活动之一。
研究表明镉会抑制豇豆种子对水的吸收，减少种子胚芽的水分供应[4]。
在镉的胁迫下，豌豆胚芽中将产生氧自由基，进而破坏细胞结构，导致胚芽中丙二醛（MDA）含量增加[5]。
2.2对植物生长发育的影响土壤中的镉会影响多种植物的生长。
例如：鹰嘴豆根瘤中的根瘤菌对镉非常敏感，在镉的作用下鹰嘴豆植株生长受到影响，产量降低[6]。
当施加低浓度镉溶液后，芥菜[7]、玉米[8]和小麦[9]植株的鲜重均出现降低情况。
2.3对养分吸收的影响在镉的胁迫作用下，植物对矿物质营养素的吸收将受阻[10]。
实验表明镉的存在强烈地抑制了豌豆对磷、钾、硫、钙、锌、锰、硼等元素的吸收[11]。
此外，镉与矿质元素的竞争作用抑制了杨树中的转运蛋白对矿质元素的吸收转运[12]。
2.4对植物酶的抑制在镉的胁迫作用下，植物的抗氧化代谢能力减弱[13]是因为土壤中的镉在达到一定浓度后会在植物体内富集，会干扰植物酶系统的活性。
镉对植物的毒害及植物解毒机制研究进展
镉对植物的毒害及植物解毒机制研究进展镉(Cd)是一种广泛存在于自然界的重金属元素，大量的镉污染源来自化肥、工业废水、城市污水等。
由于其毒性较大，容易积累并传递给植物，严重影响了植物的生长发育和产量，甚至对人类健康造成潜在危害。
研究镉对植物的毒害及植物解毒机制成为当前植物生态毒理学和环境保护领域的热点问题之一。
一、镉对植物的毒害1. 镉在植物体内的积累镉进入植物体内主要是通过土壤根际渗透和叶片表面吸收两种途径，而且镉以阳离子形式存在，较容易积累于植物体内。
随着土壤中镉浓度的增加，植物对镉的吸收量也会显著增加。
一旦进入植物体内，镉会被吸收并积累在根、茎和叶等部分，从而对植物造成直接毒害。
镉对植物的毒害效应主要表现在植物生长发育、生理生化和分子水平方面。
镉可以抑制植物的生长发育，降低植物产量和品质。
镉还会影响植物的营养代谢，破坏植物的光合作用和呼吸作用，导致叶片脱水、黄化、早衰等。
镉还会对植物的DNA、RNA和蛋白质产生损伤，导致植物细胞凋亡和死亡，最终影响植物的生长发育。
1. 镉积累与解毒植物对抗镉胁迫的一个重要途径是通过积累和解毒。
植物在受到镉胁迫时，可以通过根际分泌物、细胞壁和细胞液中金属螯合物的产生，以及镉离子的转运和储存等方式来积累和解毒镉离子。
金属螯合物是植物对抗镉毒性最主要的方式之一，它可以有效减少镉在植物体内的自由形态，降低对植物的毒害作用。
2. 镉胁迫引发的信号转导和逆境应答植物在受到镉胁迫时，会启动一系列的信号转导和逆境应答机制，以应对镉离子的毒害作用。
植物激活了一些信号转导通路和逆境蛋白，如MAPK通路、Ca2+信号、ROS信号、蛋白激酶和转录因子等，以调节植物的生长发育和抗氧化系统。
还会诱导植物产生一些蛋白质和代谢产物，如拟南芥甘氨酸蛋白酶、谷胱甘肽、蓝藻蛋白和抗氧化酶等，来减轻镉对植物的毒害效应。
3. 基因调控与表观遗传学植物在受到镉胁迫时，还会调控一些特定的基因表达和表观遗传学修饰，以应对镉离子的毒害作用。
植物一氧化氮响应镉胁迫作用机制的研究进展
氧化氮合成酶也存在于植物中。美国 Crowford 实验室发现一个 可能的拟南芥 NOS 基因 AtNOS1，AtNOS1 缺失突变体中一氧化 氮合成受到影响[3]。并且动物 NOS 抑制剂 L-硝基精氨酸甲酯(LNAME)能够抑制拟南芥 NOS 活性并减少一氧化氮的产生，在豆 科植物中也发现了类似 NOS 的活性存在[4]。
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叶资源节约与环保曳 2019 年第 9 期
3.1 镉胁迫下植物体内源一氧化氮含量的变化 重金属胁迫下，植物内源一氧化氮含量会发生明显变化。在
重金属污染的环境中，植物根系是与重金属离子直接接触的部 位，因此经常研究镉胁迫下植物根系内源一氧化氮含量的变化。 但内源一氧化氮含量的变化与植物种类、处理条件等多种因素 有关，其在植物响应镉胁迫过程中发挥的功能尚不清楚。
1 植物信号分子一氧化氮的生成
植物中一氧化氮生成机制至今仍然没有被彻底阐述清楚， 目前普遍接受植物通过两种酶促反应途径和非酶促途径合成信 号分子一氧化氮。 1.1 酶促反应途径
（1）一氧化氮合酶 动物中一氧化氮主要由精氨酸在一氧化氮合酶的作用下合 成。在 NADPH 作为电子供体和 O2 的参与下，L-精氨酸被氧化成 N-羟基精氨酸，然后被氧化成一氧化氮和瓜氨酸[2]。 动物体内有三种类型的一氧化氮合酶(NOS)，神经元型一氧 化氮合酶(nNOS)、内皮细胞一氧化氮合酶(eNOS)和诱导型一氧化 氮合酶(iNOS)。这三种酶具有不同的分子量、相似的结构和相同 的催化过程。 在高等植物中一氧化氮合酶基因尚未被发现，但类似的一
（2）硝酸还原酶 硝酸还原酶是催化一氧化氮合成的主要酶，NADPH/NADH 作为电子供体催化硝酸盐和亚硝酸盐的单电子还原反应生成一 氧化氮。 1.2 非酶促合成途径 植物中的一氧化氮也可以通过非酶促反应合成。当类胡萝 卜素和光参与时，可由 NO2-合成一氧化氮[5]。Bethke 等[6]研究表 明，在添加亚硝酸盐后，大麦糊粉细胞的外胚层会发生非酶促反 应，由亚硝酸盐还原为一氧化氮。
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重金属铜镉胁迫下植物响应的研究进展
重金属镉和铜是土壤中常见的污染物，它们可以在高浓度下对植物造成严重的毒害，
破坏植物的生长和发育。
目前，研究人员正在探索植物对铜镉胁迫的响应机制，以期找到
对抗这种污染的有效方法。
植物在面临铜镉胁迫时，会发生一系列的生理和生化变化。
首先，植物会产生大量的
活性氧，这些物质会导致细胞壁的损伤和膜脂质的氧化。
为了应对这种损伤，植物会产生
一系列的抗氧化物质，如类黄酮、多酚和谷胱甘肽等，以中和过多的活性氧。
其次，在铜镉胁迫下，植物会调节多种生长调节激素的合成和代谢，以适应环境的变化。
例如，研究表明，镉胁迫会抑制植物中赤霉素的合成和运输，而铜胁迫则会诱导脱落
酸的合成和运输。
这些调节措施对植物的根系、茎秆和叶片的生长发育都有影响。
另外，植物在铜镉胁迫下还会调节其基因表达。
通过大规模基因芯片分析，研究人员
发现，在铜镉胁迫下植物会产生大量的响应性基因，这些基因可以调节植物的代谢、信号
转导和基因转录等多种生物学过程。
例如，铜镉胁迫下的拟南芥植物可以调节超过1000个基因的表达，其中包括编码抗氧化酶的基因、编码转录因子的基因和编码蛋白质合成酶的
基因等。
最后，植物在应对铜镉胁迫时还会通过改变其微生物群落结构来改善环境。
研究表明，植物根际微生物可以通过吸收、移动和转化污染物质来减轻植物的铜镉胁迫。
此外，植物
根际微生物还可以通过激活植物的防御机制来增强植物对铜镉胁迫的抵抗能力。
综上所述，植物在铜镉胁迫下会调节其生理和生化过程，调节其基因表达，以及改变
其微生物群落结构，从而适应环境的变化。
这些调节措施为研发对抗重金属污染的有效方
法提供了重要的理论和实践基础。