重金属对植物的毒害机理分析

锰对植物毒害及植物耐锰机理研究进展

植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2010, 45 (4): 506–520, doi: 10.3969/j.issn.1674-3466.2010.04.014

—————————————————— 收稿日期: 2009-07-06; 接受日期: 2009-10-20 基金项目: 国家转基因生物新品种培育重大专项(No.2009ZX08009-130B)和中国矿业大学(北京)2009年大学生创新性实验计划项目(No.091209Z) * 通讯作者。E-mail: tychai@ 锰对植物毒害及植物耐锰机理研究进展

张玉秀1, 李林峰1, 柴团耀2*, 林单1, 张红梅1

1中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院生物工程系, 北京 100083; 2中国科学院研究生院生命科学院, 北京 100049

摘要含锰矿渣的排放造成了严重的土壤锰污染。揭示锰毒害和植物的耐锰机制对于污染土壤治理具有重要意义。研究表明, 高浓度的Mn2+能够抑制根系Ca2+、Fe2+和Mg2+等元素的吸收及活性, 引起氧化性胁迫导致氧化损伤, 使叶绿素和Rubisco含量下降、叶绿体超微结构破坏和光合速率降低。而锰超累积植物则具有多种解毒或耐性机制, 如区域化、有机酸螯合、外排作用、抗氧化作用和离子交互作用等。根系主要通过有机酸的螯合作用促进植物对Mn2+的转运解毒, 同时能够将过量的Mn2+区域化在根细胞壁中; 叶片可通过酚类物质或有机酸螯合Mn2+, 并将其区域化在叶片表皮细胞和叶肉细胞的液泡中(或通过表皮毛将Mn2+排出体外)。其中, 金属转运蛋白在植物对Mn2+的吸收、转运、累积和解毒过程中发挥着重要作用。

关键词锰毒, 金属转运蛋白, 耐性

张玉秀, 李林峰, 柴团耀, 林单, 张红梅 (2010). 锰对植物毒害及植物耐锰机理研究进展. 植物学报 45, 506–520.

木本植物重金属毒害及抗性机理_陈岩松

木本植物重金属毒害及抗性机理

陈岩松,吴若菁,庄捷,陈奋飞,贾晗

(福建师范大学生命科学学院,福建福州350007)

摘要:主要从重金属对木本植物毒害作用和木本植物对重金属的抗性机理方面,综述了国内外在该领域的研究进展,并分

析了现阶段在研究重金属对木本植物的毒害和木本植物对重金属的抗性机理方面存在的问题,提出了今后的研究趋势。

关键词:木本植物;重金属;毒害;抗性机理

中图分类号:X173;Q948.116 文献标识码:A 文章编号:1002-7351(2007)01-0050-06

Heavymetaltoxicityandresistantmechanismsinwoodyplants

CHENYan-song,WURuo-jing,ZHUANGJie,CHENFen-fei,JIAHan

(CollegeofLifeSciences,FujianNormalUniversity,Fuzhou,Fujian350007,China)

Abstract:Thispaperreviewstheprogressinheavymetaltoxicitytowoodyplantsandresistantmechanisms,andputsforwardthe

existingproblemsintherecentstudiesandresearchingtrendsinthefuture.

Keywords:woodyplant;heavymetal;toxicity;resistantmechanism

重金属是一类典型的环境污染物,自20世纪50年代日本出现/水俣病0以来,土壤重金属污染问题一

直引起世人的关注。过量的重金属不仅在生物体内积累,而且进入食物链,危及人体健康,影响全球生态

系统的平衡。

木本植物以其特有的生物学特性,对土壤重金属具有一定的吸收蓄积能力,如刺槐(Robiniapseudoa-

caciaL.)、毛白杨(PopulustomentosaCarr.)、垂柳(SalixbabylonicaL1)、接骨木(SambucusL.)、臭椿

重金属污染对植物生长和土壤质量的影响及其修复对策

随着工业的发展、城市的扩大以及人口的增加，环境污染已经成为一个越来越严重的问题。其中，重金属污染是一种较为严重的污染，不仅对人类健康造成威胁，同时也会对生态环境带来重大影响。本文将重点讨论重金属污染对植物生长和土壤质量的影响及其修复对策。

一、重金属污染对植物生长的影响

重金属对植物生长的影响是多方面的。一方面，重金属可能滞留在植物的根系和叶片中，使得植物无法吸取和利用必需的营养元素。例如，镉会与铁结合形成不溶性的络合物，影响植物吸收铁，导致植物缺铁性质，从而妨碍植物正常的生长和发育。另一方面，重金属污染还可能破坏植物的生理和代谢过程，引起植物的毒性反应。例如，铜和锌的高浓度可能导致植物的氧化还原状态失衡，从而破坏细胞膜结构和蛋白质，使植物失去正常的代谢活动，最终导致植物死亡。

二、重金属污染对土壤质量的影响

重金属污染不仅对植物生长造成危害，同时还会对土壤质量造成不利影响。重金属的长期积累可能导致土壤酸化、生物降解能力下降、土壤水分利用率下降等问题的出现。重金属污染还可能导致土壤微生物群落的变化，从而影响土壤有机质的分解、氮循环和磷循环等生态过程。此外，重金属对土壤微生物和土壤动物的生理和生态效应也会对土壤生态系统功能带来威胁。

三、重金属修复的对策

为了解决重金属污染对植物生长和土壤质量的影响，需要采取有效的修复对策。目前常见的重金属修复技术包括生物修复、化学修复和物理修复等。生物修复指的是通过植物、微生物或动物等进行修复，属于自然修复的范畴。化学修复则是借助化学技术进行修复，例如利用石灰、活性炭等材料进行中和、吸附重金属。物理修复则是通过物理力学的方法进行修复，例如土壤深耕、覆盖、加压反渗透、土壤电化学修复等。不同的修复技术有着不同的优劣势，因此应根据具体情况进行综合考虑。

四、结论

综上所述，重金属污染对植物生长和土壤质量的影响是不可忽视的。为了保护生态环境和人类健康，需要采取有效的重金属修复对策。重金属修复除了需要选择合适的修复技术外，还需要考虑土壤环境的特征、重金属的来源和化学特性等因素，以确保修复效果的可持续性和长期性。

重金属对浮萍毒性

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重金属对浮萍毒性

作者：崔凤云郑芳

来源：《中国科技博览》2013年第05期

[摘要]通过实验室水培试验研究不同浓度处理水平下Cd、As、Zn单一及其复合污染对浮萍丙二醛浓度的影响结果表明，同一浓度处理水平下，单一重金属污染对浮萍丙二醛的生态毒性效应为CA>As>Zn。与单一污染相比，复合污染对浮萍丙二醛的生态毒性效应情况则较复杂，除AS+Cd外其余3种复合污染组合对浮萍细胞膜均有一定增透作用

[关键词]重金属，浮萍，丙二醛，单一污染，复合污染，联合毒性效应

中图分类号：TG 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）05-0277-01

一、重金属对水生植物毒害的研究进展

1、重金属废水的危害

我国是一个水资源短缺的国家，淡水资源人均占有量为2700m3，仅为世界人均淡水资源占有量的28%。而人类的工农业生产和生活主要是利用淡水资源。随着工农业生产的发展，重金属污染向环境的排放量日趋增加，如汞、锡、铜、镍、锌等。重金属废水是对环境危害最严重和对人类危害最大的工业废水，采矿、冶金、化工、石油、电镀等多种工业行业的生产废水均含有重金属。重金属对水体污染及由此造成的对水生生物的毒害已成为各国同行的研究热点之一。

2、重金属对植物的毒害

许多重金属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。重金属对土生植物的毒害研究工作开展得很早并取得了很多成果：陈荣华和林鹏用含不同浓度Hg水浇灌，进行砂培秋茄、桐花树和白骨壤种苗的研究。结果显示：当Hg浓度达到10-5mol/L时，秋茄和桐花树种苗的萌芽受抑制；幼苗用Hg浓度为10-5mol/L水浇灌，生长一个月后，秋茄幼苗根变短，呈黑褐色；桐花树幼苗的胚轴萎缩，植株茎叶扭曲，根系少且根表皮呈褐色，整个植株不断枯萎，白骨壤幼苗表现出植株矮小、叶片小、子叶萎缩，只有侧根而无根毛，根尖呈黑色。郑逢中等分别在盐度10‰的人工海水和盐度10‰的土壤环境中对秋茄种苗进行砂培和土培，用不同浓度Cd水浇灌，研究秋茄种苗对不同浓度Cd的抗性。其结果为：当Cd浓度不高于50mg/L时，两种培养方式中种苗的萌芽和展叶都不受抑制，当浓度超过50mg/L时，对种苗伤害程度，从植株外形看与高浓度的Hg对种苗伤害的程度相似：根长变短，根毛少、呈褐色，叶片枯萎，植株死亡。这与杨盛昌和吴琦用不同浓度Cd对桐花树种苗生长影响的研究结果一致。龙源期刊网

重金属铜离子对植物生长指标的毒性效应实验

重金属铜离子对植物生长指标的毒性效应实验是研究铜离子对植物生长和发育的影响程度的一种实验。具体实验步骤如下：

1. 准备实验材料,包括植物、重金属铜离子溶液（不同浓度）等；

2. 将同一种植物（可以是小麦、玉米等）的种子放在本底含有不同浓度（如0、10、30、50、100 mg/L）的重金属铜离子溶液中浸泡一定时间（如24小时）；

3. 将处理后的种子分别种植在相同的土壤中,同时建立对照组（未经过重金属处理）；

4. 在相同条件下（如温度、光照、湿度等）,观察植物在生长过程中表现出的形态学指标（如根长、叶面积、叶片数等）和生理指标（如光合作用、呼吸速率、叶绿素含量等）的变化,比较不同浓度的重金属铜离子对植物生长发育的影响程度；

5. 根据实验结果,分析铜离子对植物生长和发育的毒性效应,评估植物对铜离子的耐受性和适应性。

在实验过程中,应注意严格遵守实验室安全操作规程,注意保护实验人员的安全。同时,应遵守相关法律法规,确保实验过程不会对环境造成污染。

重金属污染对农作物生长的影响

在现代工业化社会中，重金属污染已经成为一个严重的环境问题。重金属污染指的是镉、铬、汞、铅等重金属元素在环境中的积累，对人类及生态系统产生危害。这些重金属物质对农作物生长也有明显的影响。本文将探讨重金属污染对农作物生长的种种影响，并提出可能的解决方案。

首先，重金属污染对土壤的污染会直接影响到农作物的生长。这些重金属元素通过工业废弃物的排放、化肥的滥用以及土壤自然含量等途径进入土壤。一旦超过了一定的浓度，重金属物质将对土壤的理化性质产生改变，破坏土壤结构，影响土壤的肥力和透气性。土壤中的重金属元素会在植物根系吸收到，并通过植物的内物流而积累在植物的各个部位中。这将导致农作物的生理代谢紊乱，降低植物的抗病能力和产量。有研究表明，重金属污染对稻谷、小麦等主要粮食作物的生长有明显的抑制作用。

其次，重金属污染对植物的生理特性和养分吸收有着深远的影响。重金属污染会导致土壤的酸碱度发生变化，进而影响土壤中的氮、磷、钾等养分的有效性。植物根系吸收养分的能力会因为重金属元素的干扰而降低，长期以往，植物将缺乏必要的营养元素，影响其正常生长和发育。此外，重金属污染还会干扰植物的光合作用、呼吸和传导等生理过程，导致叶绿素含量下降、气孔关闭，降低了植物光合效率，从而影响农作物的生长速度和产量。

近年来，人们开始意识到重金属污染对农作物的危害，提出了一些解决方案来减轻其影响。第一，需要加强重金属污染的监测和治理。通过建立完善的环境监测体系，及时掌握土壤和水体中重金属元素的含量，从源头上控制重金属的排放。此外，还需要采取一些生物修复技术，如植物吸收和累积修复、微生物降解等手段来清除土壤中的重金属污染物质。

另外，农业生产中的科学管理也能在一定程度上减轻重金属污染对农作物生长的影响。农民需根据土壤的性质进行适宜施肥，减少化肥的使用量，避免滥用化肥引起的土壤重金属元素浓度过高。此外，合理轮作、改良土壤结构、配置合理的农作物种植顺序也能减轻农作物暴露在重金属污染中的风险。

重金属污染的生态毒理效应

重金属因其具有毒性、持久性和积累性，被认为是一类重要的环境污染物。它们会被大气、水体、土壤等载体传播，对生态系统和人类健康产生严重影响，其中生态毒理效应尤其引人关注。本文主要讨论重金属污染的生态毒理效应，包括对生物多样性、生物生长和生殖能力、生物化学物质代谢等方面的影响。

一、对生物多样性的影响

重金属污染会影响生态系统中的生物多样性。研究表明，重金属可以抑制植物的生长和发育，减少植物数量和物种多样性。例如，铅和镉等重金属会影响植物的光合作用和氮代谢，导致植物生长缓慢、矮化、叶面积减小等生长异常。同时，重金属也会影响植物的营养吸收和分配，使得植物体内营养失衡，引起疾病的发生和扩散。这些因素导致植物减少，物种多样性下降。

此外，重金属污染还会对土壤中微生物数量和多样性产生影响。微生物是土壤中最小的生物之一，它们在碳、氮、磷等元素循环中发挥着重要的作用。研究表明，重金属污染会导致微生物丰度和多样性减少，增强土壤微生物对重金属的抵抗能力，同时也增加了微生物对其他有机污染物的腐解能力，从而给生态系统带来负面影响。

二、对生物生长和生殖能力的影响

重金属的毒性特性使其可以通过口、鳃、皮肤等途径进入水生生物体内，对生物的生长和生殖能力产生不良影响。例如，镉在水中的存在会阻碍鱼类的生长和发育，导致身体形态畸形、生长缓慢等症状。铅和汞等重金属也会影响鱼类的生殖能力，使其繁殖的数量、质量和孵化率下降。类似的现象也有可能出现在陆地生物中。重金属污染会阻碍动物的生长发育，导致生物体内代谢功能紊乱和生理结构损伤。这种情况下，如果大量的重金属在生物体内积聚，必定会引起范围更广泛的生态环境问题。

三、对生物化学物质代谢的影响生物体内的一些代谢过程是受到内源性蛋白如酶和其他分子的调节。重金属污染通过干扰内源性酶和其他分子的正常功能从而影响代谢，并导致細胞壁破裂或细胞膜通透性改变，从而给生物体带来危害。如，镉可以干扰Ca2+的生理代谢，降低细胞免疫力；铅会干扰DNA的合成，引发癌症和其他慢性疾病；铜等重金属剂量增加会导致氧化还原反应的失衡，对生物体产生毒性影响等等。

种植业农产品中重金属超标的成因分析

产地环境对农产品质量安全有着十分重要的影响。

本文归纳分析了种植业农产品中重金属超标的土壤、水、空气及气候等产地环境因素及其可能的影响，着重分析了当前媒体及社会公众关注的镉等重金属超标问题及其形成原因，提出了改善、修复产地环境条件的思路及对策措施。

文/陈能场郑煜基雷绍荣杨定清冷小艳

来源：《农产品质量与安全》（2015年第2期），略有修改。

优质安全的农产品首先是“产出来”的。“产出来”至少包括两个方面，一是产地环境质量，二是生产过程行为。近年来，媒体及社会关注的“镉大米”、“茶叶稀土超标”、“石墨玉米”等问题，大多与产地的土壤污染或土壤本底有关。产地环境问题，尤其是土壤污染对农产品质量安全的影响越来越受到关注。2014年4月，环境保护部和国土资源部发布了《全国土壤污染状况调查公报》，认为“全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染严重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出，“工矿业、农业等人为活动以及土壤环境背景值高是造成土壤污染或超标的主要原因”。

2015年1月，新的《中华人民共和国环境保护法》正式实施，环境保护部同月公布了新的《土壤环境质量标准（征求意见稿）》。一系列的政策措施及报告的出炉，将产地环境对农产品质量安全影响的关注度拉抬到了一个新的高度。本文针对目前与农产品质量安全有关的重金属超标问题进行分析研究，探讨了改善、修复的途径，期待能为农产品质量安全工作提供参考。

一、影响农产品质量安全的土壤重金属

重金属这个词汇其实是个表意词，一般情况下是指比重大于5.0（或密度大于4.5g/cm3）的金属元素的总称，在自然界中大约有45种，这在元素周期表中占了大约40%。作为发育于地球的岩石、累积在地球表面的土壤，重金属是它天然的组分，岩石类型不同，土壤重金属含量也不同，因此从人为规定的土壤环境质量标准来衡量，有的就是天然的超标，有的则是有很低的背景值。

镉污染对植物生理生态的影响及其防治对策

随着人类经济活动的不断推进，各种污染问题也不断浮现。近年来，镉污染问题也日益引起人们的关注。镉是一种有害金属，其对植物生长发育产生了严重的影响。本文将从植物生理生态的角度探讨镉污染对植物的影响及其防治对策。

一、镉污染对植物的生理生态影响

镉的存在会影响植物的生长发育和光合作用，进而影响植物的产量和品质。其中，镉对植物生理生态的影响主要体现在以下几个方面：

1. 镉对植物根系的影响

镉会通过根部渗透入植物体内，并在根系部分积聚。镉的积累会影响植物根系的细胞分裂和根长，进而导致植物根系的发育受到影响。研究发现，根部受到镉污染的植物其根系生成明显减少，根长也明显受到抑制。

2. 镉对植物光合作用的影响

镉对植物光合作用的抑制作用主要体现在光合单位面积的减少和光合酶的活性降低。光合作用是植物体内最重要的生物化学反应之一，其被影响会导致植物的生长发育受到抑制。此外，镉还会导致植物体内氧化还原平衡失调，进而影响生长发育进程。

3. 镉对植物代谢的影响

镉对植物各种代谢过程的抑制作用非常显著，包括光合作用、呼吸作用、蛋白质合成、糖类代谢等等。这些影响导致植物体内的荷尔蒙水平异常，导致植物生长发育受到长期的抑制作用。

二、镉污染防治对策目前，对于镉污染防治已经有了一些有效的措施。以下是一些常用的镉污染防治对策。

1. 采用生物修复技术

将一些具有吸附镉离子的植物种植在镉污染的土壤中，通过植物的生长发育从而达到吸附和去除镉污染的目的。这种方法既环保又经济，而且可以促进土壤养分的转化，有利于土壤生态环境的恢复。

2. 开展土壤改良

土壤的pH值、有机质含量、磷、钾等元素含量都能影响土壤中镉的吸附作用。通过对土壤 pH 值和有机质含量的改变，调整土壤中对镉的吸附作用，有利于镉的去除和修复。

3. 加强镉污染源的控制

制定严格的环保法规，对镉污染的源头进行彻底的控制，减少镉的释放，是解决镉污染的根本策略。加强工厂废水和废气的治理，杜绝非法倾倒废品等行为，可以有效地降低镉污染的风险。

水生生态系统中金属污染对浮游植物的影响

水生生态系统是水体、陆地和空气相互作用并滋养着无数生物的一个复杂系统，是全球生态系统的重要组成部分。然而，随着人类活动的增加，对环境的污染也在不断加剧。其中，金属污染成为了全球环境污染的一个主要问题。金属污染不仅对人类健康造成了严重影响，还会对水生生态系统的稳定性和生物多样性造成不可逆转的破坏。因此，研究水生生态系统中金属污染对浮游植物的影响对于环境保护至关重要。

1.金属污染对浮游植物的影响

浮游植物是水生生态系统中最基本的生物群体，在水体生态系统中有着重要的生态功能。它们不仅为水体的生态平衡和物质循环提供了重要的支持作用，同时也为水体中的其他生物的生存和繁殖提供了重要的栖息地和食物来源。浮游植物对金属污染的敏感度相对较高。金属污染对浮游植物的影响主要表现在以下几个方面：

（1）影响浮游植物生长

金属污染会影响浮游植物的生长和代谢过程，其主要原因是金属离子能与浮游植物细胞膜、细胞质、DNA等生物分子发生反应，从而干扰浮游植物正常的代谢和生长。例如，铜(Cu)是一种广泛存在于水体中的金属元素，高浓度的铜会抑制浮游植物的生长。而镉(Cd)对浮游植物生长的影响则与其存在的形态有关。在某些条件下，随着镉浓度增加，其呈现出生长的促进或抑制的不同效应。

（2）影响浮游植物生理活动

金属污染会对浮游植物的生理活动产生显著影响，如呼吸、光合作用和氮代谢等。在某些情况下，金属污染还会导致一些死亡现象的发生，从而影响水生生态系统的稳定性。例如，环境中的铅(Pb)和镉(Cd)等金属元素可以干扰浮游植物的光合作用过程，其抑制浮游植物的光合作用是导致浮游植物死亡的主要原因。此外，在水体中存在过多的铜或锌污染物，会诱导浮游植物大量产生释放次生代谢产物（ROS），这些对浮游植物造成了重大的压力，影响了其正常的生理活动。

（3）影响浮游植物的营养价值

浮游植物是生态系统中最重要的生物资源之一，其中不仅包括对水体营养物质的吸收和转化，还是水生生态系统最重要的食物来源之一。然而，金属污染会影响浮游植物的营养价值，从而影响到整个生态系统的发展。例如，在高含量镉污染的水体中，浮游植物会吸收和富集大量的镉元素，从而影响到食物链中更高等级动物的营养价值和健康。