植物重金属胁迫耐受机制.doc

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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同类型基因家族等方面对植物耐受重金属

2、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，又是污染环境的重金属元素，当土壤中Cu2+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

3、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，进而对植物应对重金属胁迫的分子生物学研究进展进行概述，如图1所示。1重金属污染重金属(heavymetal，HM)是指密度大于5g/cm3的一类金属，大约有45［2］，包括镉(Cd)、汞(Hg)、铅种(Pb)、铬(Cr)、Cu等。重金属污染是因人类活动，如采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因收稿日期:2015-05-14修回日期:2015-06-11*黑龙江省教育厅面

4、上项目(12531178，12531204)，“植物生物学”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＊＊通讯作者，电子信箱:xiaoxia6195@163．com图1重金属耐受机制图Fig．1Heavymetaltolerancemechanism1:Metalionbindingtothecellwallandrootexudates;2:Ｒeductionofmetalinfluxacrosstheplasmamembrane;3:Membraneeffluxpumpingintoth

5、eapoplast;4:Metalchelationinthecytosolbyligandssuchasphytochelatins，metallothioneins，organicacids，andaminoacids;5:Transportofmetal–ligandcomplexesthroughthetonoplastandaccumulationinthevacuole;6:Sequestrationinthevacuolebytonoplasttransporters;7:ＲOSdefensemechanisms．Blackdots:M

6、etalions素，导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，使环境质量恶化的现象。在我国，受重金属污染的耕地面积近2000万hm2，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95因重金属污染而减产粮食超过1．0×107t，被重金属污染的粮食也多达1．2×107t。因此，重金属污染引起了人们的广泛关注。2重金属对植物的毒害［3］)是植物代谢必需的营许多重金属(如马生军等［4］。重养元素，但是如果它们过量则具有相当的毒性金属胁迫对植物生长有一定的影响。根部是植物吸收水分和矿质营养的重要器官，也是最先感受土壤重金属胁

7、迫的重要部位。从Cd2+胁迫下桐花树(Aegicerascorniculatum)幼苗的解剖结构，发现高浓度Cd2+抑制了根系细胞的分裂和生长，并致外皮层、内皮层及木质部［5］的栓质化和木质化程度加深，根系透性降低。一定量的Hg2+等重金属离子严重抑制种子萌发，高浓度Pb2+直接抑制核桃生长。重金属胁迫下的植物光合作用和呼吸作用都受到抑制，胁迫强度越大，光合作用效应越弱，影响程度与植物种类及重金属种类也有关。［6］发现，Cu2+胁迫黑皮红树González-mendoza等(Avicenniagerminans)会降低气孔导度，抑制净光和作用，降低叶

8、绿素含量。随着Fe2+浓度增加，鼠耳草的光［7］合作用和呼吸作用先增强后减弱。重金属可明显改变植物体内蛋白质