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植物对土壤重金属镉抗性的研究进展

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植物对土壤重金属镉抗性的研究进展

发布日期:2017-09-25 00:00 来源:http://www.qdhjhbjc.com 点击:

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     土壤重金属污染越来越严重,国内外对其修复治理也越来越关注。除了一般的物理化学修复,近年来,生物修复备受瞩目,而植物修复即属于生物修复的一种方式。植物修复是指利用自然生长的植物或培育植物及其根系微生物群落对土壤、水体中的污染物进行清除,是一种绿色修复技术。其优点是成本低,可以原位实施,减小对土壤性质的破坏和对周围生态环境的影响,适合大规模的示范和应用等。

     在世界范围内,重金属污染已引起社会各界的广泛关注,其防治和修复技术越来越成为实验研究的焦点。镉污染是最常见的重金属污染之一,在土壤中具有较强的化学活性,与其他重金属相比,更易被植物吸收,存留在植物的可食用部分,并通过食物链富集在人体中,从而危害人体健康。1955—1972 年,日本富山县的骨痛病就是镉中毒的很好例证,给人们敲响了重金属镉污染的警钟。据报道,我国受镉污染的农田面积已达20000 hm2,并有逐渐恶化的趋势;另外,土壤重金属镉污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点,这将对农作物生长构成威胁,严重影响我国粮食产量。

利用植物修复的方法,来清除受重金属污染的土地,是一种花费低、适应性广、无二次污染物的方法。但是,目前传统的植物修复方法存在效率低下的问题。为了更好治理土壤重金属污染,修复生态环境,保证农业可持续发展和人类健康生存,我们亟需开发一种高效创新的植物修复方法。因此,本文通过对植物镉抗性机理和分子机制进行研究,以期为采用植物基因工程技术创造高效的植物修复体奠定基础。

植物受镉的毒害

    植物受镉毒害时,一般情况表现为细胞以及整个植株的生长发育受到较强抑制,线粒体和叶绿体受到较大破坏,导致呼吸作用和光合作用受到影响;叶片发黄,植株生物量下降,干质量减轻;保卫细胞中的水分和离子迁移受到较大影响,导致整个植株缺水、萎蔫。同时,植物细胞膜透性增大,体内游离脯氨酸积累增多,严重者导致植株死亡。镉主要影响植物以下生理代谢。

1.抑制细胞生长分裂。镉胁迫抑制细胞分裂及植株生长发育。实验表明,镉对生长素载体的影响与细胞的伸长生长受到抑制有关系。刘东华等在研究镉对洋葱根尖细胞分裂生长的影响时,发现其是通过影响钙调蛋白参与纺锤丝微管蛋白的组装和拆卸来抑制细胞分裂的。

2.抑制植物光合作用。植物吸收重金属镉后,体内叶绿素合成受抑制,最终导致光合作用受制。用镉处理处于分蘖期的水稻植株,发现水稻叶片中叶绿素含量明显降低,而且叶绿素a 比叶绿素b 降低得少。由此说明,重金属镉对处于分蘖期的水稻叶片色素具有显著影响。

3.影响植物的水分吸收。镉胁迫会削弱植物对水分胁迫的忍耐性。在相对水分含量和叶片水势比较高的情况下,植物细胞壁的弹性变差,使得膨压丧失,从而造成植物对水分胁迫的耐性降低。

当用镉处理植物后,植物叶片的气孔阻力会增加,导致植物叶片上气孔孔径缩小,蒸腾作用速率减慢,使得植物对水分吸收和运输的主要动力减弱。另外,镉还能引起木质部细胞壁的退化,同时减少木质部对水分的运输,最终导致植株萎蔫。

4.影响植物呼吸作用。线粒体是受镉毒害时较敏感的细胞器。莼菜受重金属镉毒害时,叶片叶肉细胞的线粒体先发生解体,核仁分裂成许多个碎块。镉离子可以增加线粒体氢离子的被动通透性,阻止线粒体的氧化磷酸化作用;还可以增加植物气孔阻力,直接影响保卫细胞中水分和离子的迁移,使植物呼吸作用受阻。彭明等人在研究镉离子对玉米幼苗伤害时观察到质体基粒解体或肿胀的现象。


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