重金属Cd、Pb复合污染对植物生理生化和细胞结构影响的研究进展

卢楠

摘要 我国受重金属污染的土地面积广大，因采矿等造成的环境和土壤重金属污染问题日趋严重。因金属矿床形成特点及开采方式单一等原因，造成Cd、Pb居于重金属复合污染前列。通过总结单一Cd、Pb污染对植物生理生化特征的影响以及Cd、Pb复合污染对植物生理生化及细胞结构的影响等研究进展，明晰土壤重金属Cd、Pb复合污染对植物影响和损害的研究热点，进而探明植物重金属胁迫的生理响应机制。

关键词 重金属胁迫;生长发育;细胞形态;致损机理

中图分类号 X53

文献标识码

文章编号 1007-5739（2019）08-0176-02

根据国土资源部门的统计，我国受重金属污染的耕地面积约为2000万hm，污染面积占耕地总面积的20%左右。其中，重金属污染以中、低浓度污染为主。根据2014年4月发布的全国土壤污染状况调查公报显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，污染类型以无机污染为主，无机污染物的超标点位数占全部超标点位数的82.8%。其中，Cd、Pb点位超标率分别为7.0%、1.5%，居于重金属污染前列。

采矿是造成环境和土壤重金属污染的主要人为因素之一，采矿区的重金属污染点位超标率分别达到33.4%，矿产资源的开发在带来巨大经济效益的同时，也导致了严重的环境问题，，金属矿床中共生、伴生矿床多，单一矿床少，造成了大量的Cd、Pb等共生、伴生重金属元素留存于矿渣与废石中，矿区污染土地多存在重金属Cd、Pb复合污染。因此，系统探明Cd、Pb元素复合污染对于植物的危害机理，已经成为预防和治理重金属污染面临的重要科学问题。

1單一Cd、Pb污染对植物生理生化特征的影响

Cd是植物生长非必需元素，具有较强的毒性用，高浓度的Cd可对植物产生毒害作用，甚至导致植物死亡5。崔振等在研究Cd胁迫下柽柳和银水牛果的生理响应时发现，Cd胁迫抑制了植物生长发育过程中叶绿素的合成，导致叶绿素a、叶绿素b的比值显著降低。究其原因，可能是过量的Cd会降低酶活性。袁祖丽等试验发现，在低浓度Cd的胁迫下，烟草体内活性氧增加，但是体内去除活性氧的抗氧化系统依然能维持平衡;而高浓度Cd胁迫下，烟草体内活性氧的增加超过了抗氧化能力，从而抑制酶的合成，导致酶活性下降。曲丹阳等8在研究壳聚糖对Cd胁迫下玉米幼苗根系生长及叶片光合作用的影响时发现，一定量的Cd抑制了玉米幼苗的生长，破坏了根系细胞膜的稳定性和抗氧化酶活性，进而抑制了叶片的光合作用。

同时，植物对镉的累积和耐受性也受到各种因素的影响。Li等试验发现，土壤Cd含量以及作物氮营养状况直接影响Cd在春小麦籽粒中的累积情况。Cai等叫的研究表明，转录因子（HsfA1a）赋予了番茄植物Cd耐受性，部分通过其在Cd胁迫下诱导褪黑激素生物合成的积极作用。

Cd胁迫显著增加了植物叶片中活性氧（ROS）的产生，SOD、POD、CAT、APX将参与活性氧的代谢，其中SOD催化分解超氧阴离子自由基，使之转化为过氧化氢（H2O2）;而POD、CAT、APX则被认为是清除植物H2O2的酶，其活性变化在一定程度上反映了植物体内活性氧的代谢情况”。MCRomero-Puertas等叫1在研究中发现，受到Cd胁迫的豌豆叶片中过氧化物酶体中膜的脂质过氧化氯略有下降，可能是由于在Cd的诱导下，参与过氧化氢去除的抗氧化酶的活性增加，导致过氧化物酶体的活性氧代谢失衡。

Yang等叫在研究Pb对林木种子的生态毒理效应时发现，Pb胁迫对林木种子的发芽率、根茎伸长率和幼苗鲜重均有一定程度的抑制作用，从而造成作物产量大幅下降4。刁展等5研究了田间试验条件下，对土壤添加外源Pb的年变化以及由Pb污染引起的对土壤有机碳矿化和土壤有效养分的影响。

Hanleyl研究发现，在Pb胁迫条件下，代谢产物脯氨酸以及对有毒重金属适应性反应的果仁糖在车前草中有积累效应。Malarl"在研究Pb对凤眼莲幼苗生理生化变化的影响时发现，Pb浓度的升高对叶绿素含量的降低有直接影响。Pb在根和叶组织中存在沉积，且在根中的积累量更高。

2复合Cd、Pb污染对植物生理生化及细胞结构的影响

土壤Cd、Pb易被植物吸收并累积，不但影响植物对氮、磷钾等营养物质或钙镁等矿物质的吸收8，甚至影响植物的光合作用，破坏植物体内新陈代谢，使酶蛋白失活或结构变异，从而影响植物的生长发育或者导致植物体死亡9。简敏菲等叫在研究重金属Cd.Pb对优势乡土湿地植物丁香蓼复合污染胁迫时发现，Cd和Pb的复合污染一定程度上抑制了丁香蓼的生长情况叶绿素含量及抗氧化酶活性等指标。朱娜等叫通过研究复合污染条件对不同品种蕹菜的生长和重金属累积特性的影响，结果发现，同一作物不同品种对重金属的耐性和吸收规律有很大不同。

绝大多数学者致力于研究向复合污染土壤中施用肥料、改良剂及黏土矿物等材料，通过改变土壤中重金属的存在形态，钝化土壤重金属，从而达到降低植物不同部位对重金属Pb、Cd的吸收、转运和富集能力，阻隔土壤一植物体系间的迁移和再分配机制的目的。贾倩等2通过试验探讨了钾硅肥对水稻PbCd的吸收及土壤中Pb、Cd生物有效性的影响，发现钾硅肥的施用不仅能降低水稻地上部分对Pb、Cd的吸收能力，还能补充作物对养分的需求。唐守寅等叫发现，对水稻施用羟基磷灰石虽能显著降低土壤中Cd的有效性，但可能导致籽粒中Cd含量的升高，因而应综合评价土壤重金属钝化剂的功效。方至萍等叫通过向Cd、Pb复合污染土壤中添加海泡石，从而实现减少水稻对重金属富集作用的目的。

综合以上研究成果，研究多集中于各种土壤改良剂和重金属固定剂的施用对CdPb有效性和形态的影响，以及由此造成的重金属在作物中不同部位的累积和分布规律，并对修复效应进行评价。而土壤Cd、Pb复合污染对植物生理生化特征及细胞结构损伤的影响研究却较少涉及，作为探明植物重金属胁迫的生理响应机制的重要手段，将会成为研究热点。

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