植物重金属胁迫耐受机制

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1、中国生物工程杂志ChinaBiotechnology，2015，35(9):94-104DOI:10．13523/j．cb．20150914*植物重金属胁迫耐受机制＊＊李洋于丽杰金晓霞(哈尔滨师范大学生命科学与技术学院哈尔滨150025)摘要重金属是一类会对植物产生毒害作用的污染物，植物在长期进化过程中演变出耐受重金属胁迫的相关机制。以植物重金属耐受性为基础，对近几年来国内外植物响应重金属胁迫的耐受机制研究作一简要综述。主要概述了重金属对植物的胁迫影响及植物抗氧化系统，脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质和不

2、同类型基因家族等方面对植物耐受重金属胁迫机制的研究进展。以期为提高植物耐重金属胁迫能力及研究植物修复重金属污染土壤的应用奠定一定的基础。关键词植物重金属胁迫抗氧化系统渗透调节物质基因家族中图分类号Q19近年来，随着土壤重金属污染日趋严重，重金属对植物生长发育的影响以及如何缓解和抑制重金属对植物的毒害已经引起了广泛关注。过量的重金属会抑制种子萌发和幼苗生长，使抗氧化酶系统和膜系统受损，诱发染色体畸变，严重时还可导致植物死亡。某些重金属，如铜(Cu)既是植物生长发育所必需的微量元素，2+又是污染环境的重金属元素，当土壤

3、中Cu浓度超过一定值时，会对细胞形成较大的毒害，影响植物的生长［1］和发育。但植物在长期进化过程中会产生相应应答机制来缓解重金属对植物的胁迫伤害。本文总结了重金属对植物的胁迫影响及植物抗氧化系统、渗透调节物质和不同类型基因家族对重金属胁迫的响应，进而图1重金属耐受机制图对植物应对重金属胁迫的分子生物学研究进展进行概Fig．1Heavymetaltolerancemechanism述，如图1所示。1:Metalionbindingtothecellwallandrootexudates;2:Ｒeduction1重金属

4、污染ofmetalinfluxacrosstheplasmamembrane;3:Membraneeffluxpumpingintotheapoplast;4:Metalchelationinthecytosolby3重金属(heavymetal，HM)是指密度大于5g/cmligandssuchasphytochelatins，metallothioneins，organicacids，and［2］的一类金属，大约有45种，包括镉(Cd)、汞(Hg)、铅aminoacids;5:Transportofmetal–

5、ligandcomplexesthroughthe(Pb)、铬(Cr)、Cu等。重金属污染是因人类活动，如采tonoplastandaccumulationinthevacuole;6:Sequestrationinthe矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因vacuolebytonoplasttransporters;7:ＲOSdefensemechanisms．Blackdots:Metalions收稿日期:2015-05-14修回日期:2015-06-11*黑龙江省教育厅面上项目(12531178，1

6、2531204)，“植物生物学”素，导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，使黑龙江省高校重点实验室开放课题(ZK201205)，黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划资助项目环境质量恶化的现象。在我国，受重金属污染的耕地＊＊通讯作者，电子信箱:xiaoxia6195@163．com2面积近2000万hm，占总耕地面积的20%左右。每年2015，35(9)李洋等:植物重金属胁迫耐受机制957［10］因重金属污染而减产粮食超过1．0×10t，被重金属污基因表达上调来抵抗胁迫损伤。对水培滨藜72+染的粮食也多达1．

7、2×10t。因此，重金属污染引起了(Atriplexhalimus)的研究表明，随着Cu浓度的增加，人们的广泛关注。CAT、POD、SOD活性也在不断增加来抵抗ＲOS对其的［11］伤害作用。菠菜、小白菜、茭白等随着重金属处理浓2重金属对植物的毒害度的增加，SOD、POD、硝酸还原酶(NＲ)活性均呈现出许多重金属(如马生军等［3］)是植物代谢必需的营先上升后下降的趋势，推测是受到外来重金属胁迫时，养元素，但是如果它们过量则具有相当的毒性［4］。重抗氧化酶能及时有效地清除自由基，保护细胞免受氧金属胁迫对植物生长有一定的

8、影响。根部是植物吸收化胁迫的危害，当胁迫性加剧远远超过正常抵御胁迫能力时，细胞内多种功能酶及膜系统遭到破坏，生理代水分和矿质营养的重要器官，也是最先感受土壤重金［12］2+2+谢紊乱。Pb胁迫能引起超富集植物和非超富集植属胁迫的重要部位。从Cd胁迫下桐花树(Aegiceras2+物根部细胞ＲOS增加，进一步实验证明ＲOS能引起corniculatum)幼苗的