重金属胁迫与植物矿质元素交互作用的研究进展.doc

重金属胁迫与植物矿质元素交互作用的研究进展 　　摘要：近年来，重金属污染对农作物的影响越来越大，学者们就重金属对植物的毒害作用做了大量的研究。必需矿质元素是植物正常生长发育不可或缺的，而重金属胁迫会导致植物对必需矿质元素的吸收发生变化，进而影响植物的生理代谢。同时，矿质元素在一定条件下对重金属胁迫也具有一定的缓解作用。概述了几种主要重金属（Cd、Pb、Cu、Zn、Hg、As等）与植物矿质元素（Fe、S、P等）的交互作用，以期为提高植物重金属抗耐性提供一定的理论依据。 　　关键词：重金属胁迫；矿质元素；交互作用；植物抗耐性 　　中图分类号：X503.231；S143.7+2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）09-2181-04 　　重金属的污染主要来源于工业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。随着工业生产的发展，大量工业污水被排放到河流和农田，使得中国耕地土壤的重金属污染日益严重，有研究证实。中国的耕地土壤重金属污染已占总耕地面积的1/6左右。土壤重金属污染对大量农作物的生长情况和产量产生了很大的影响，特别是自从确认了环境中的重金属可以通过食物链进入人体并对人类健康产生危害以来，人们对植物与重金属的关系进行了广泛深入的研究。重金属污染会对植物的生长发育、细胞分裂、生理生化及矿质营养代谢等多方面产生影响。现在人们研究最多的重金属元素主要包括Cd、Pb、Hg、As、Cu、Zn等。通常植物在受到重金属污染时都会出现生长缓慢、植株矮小、根系生长受抑制直至停止、叶片枯萎、出现褐斑等症状，严重时可能造成作物产量降低甚至导致作物死亡。 　　1 植物必需矿质元素 　　矿质元素不仅是植物体的重要构成单元，而且广泛地参与植物各项重要的代谢活动：矿质元素在植物体内的平衡状态不仅决定了植物自身的生长发育状态，而且会极大地影响食物链位于其后端的其他生物的营养健康状况。 　　植物必需矿质元素是指除碳、氢、氧之外。主要由植物根系从土壤中吸收的元素。多数重金属元素属于植物非必需元素（如Pb、Cd、Cr等），少数重金属元素属于植物必需元素（如Zn、Cu、Fe、Mn等）。但不能施加过多，否则会对植物的生长产生毒害作用。适量的矿质元素对维持植物的正常生长发育有着重要作用，若植物的生长过程中缺少某种必需元素，则植物会发生相应的生理生化变化而影响其生长发育。另外，可能由于化学性质相似或者代谢途径相关，植物对矿质元素的吸收和运输常常是在与其他矿质元素的相互影响下进行的。例如重金属会干扰植物对营养元素如N、P、S等的利用效率。因此研究重金属和矿质元素间的相互作用，有利于了解植物中重金属污染的问题，同时对于合理科学地解决矿质营养利用和重金属积累之间的矛盾也具有重要意义。本文就几种主要重金属对植物矿质元素吸收的影响进行了综述。 　　2 重金属胁迫对植物矿质元素吸收的影响 　　植物受到重金属胁迫时体内某些矿质元素会缺乏。一方面，重金属胁迫会引起植物矿质元素吸收和转运能力的下降，致使体内含量缺乏，进而引起它们参与的物质和能量代谢紊乱，植物在外部形态上呈现出缺素症状。另一方面，重金属胁迫会导致植物根系发生膜脂过氧化作用，引起膜透性增加，使得一些小分子物质外泄。 　　2.1 镉胁迫 　　镉（Cd）会对植物的矿质元素吸收产生很大的影响，有研究证实一定浓度的Cd可以促进花生子粒对矿质元素的吸收，随着Cd浓度的增加，花生子粒中Ca、K、Mg、Fe和Zn呈先增加后降低的趋势，P却呈不断下降的趋势：Cd也可极大促进芥菜对K的吸收但抑制对Fe的吸收：但也有相反的结果，李隼等的研究表明Cd能明显减少水稻根毛吸收K，并诱导外向K+通道开放，通过减少吸收和增加释放两种方式减少水稻根部K含量，进而影响水稻的正常生长。在对鼠耳芥（Arabidopsis halleri）的研究中发现，Cd浓度与根和叶中Zn含量呈显著负相关，与根中Mg含量呈负相关，但与叶中Mg和Mn含量呈正相关，与叶中Fe含量呈负相关。 　　2.2 铅胁迫 　　铅（Pb）是植物生长的非必需元素。Pb与植物接触后会对植物产生一定的毒害作用，在Pb对水花生愈伤组织影响的实验中发现，随着Pb浓度的增加，细胞各亚细胞器中的大量元素P、K、Mg和微量元素Na、Zn、Mn含量下降，Fe、B含量呈先升后降的趋势，细胞中多数离子的浓度发生变化，导致愈伤组织的正常生理活动受到抑制：Wang等对苦草的研究发现，随着Pb胁迫增加。苦草叶片对Ca的吸收增强，对Fe和Mg的吸收先促进后抑制，但降低了对P和K的吸收，而对Zn的吸收没有影响。Pb也可以通过抑制樟树对K、Mg等元素的吸收。进而影响樟树的生长。Lamhamdi等的研究结果表明Pb胁迫抑制小麦和菠菜幼苗对Na、K、Ca、P、Mg、Fe、Cu和Zn等元素的