镉对植物的毒害及植物解毒机制研究进展

 

作者:杨红霞,陈俊良,刘崴

单位:国家地质实验测试中心

文章综述了近年来镉对植物的毒害及植物解毒机制的相关研究成果。主要从植物生长、光合作用、植物酶活性、植物细胞分裂等方面阐述镉的毒害机制,并从植物对镉的吸收和转运、耐受机制、影响因素等方面讨论植物的解毒机制。

前  言

镉(Cd)是一种生物毒性很强的重金属,是植物生长、发育的非必需元素,当植物体中Cd 积累到一定程度时,就会表现出各种毒害症状,如叶片枯黄、茎秆缩短、侧根减少、叶绿素含量降低、抗氧化酶活性降低、细胞膜通透性发生改变,导致细胞损伤,从而对植物的生长产生抑制作用。当Cd 达到一定的浓度时,不仅影响植物的正常生长,而且影响植物的生理活动,主要表现为影响植物的光合作用、植物酶活性、植物细胞分裂及膜活性、呼吸作用、蒸腾作用等。通常植株表现为发育缓慢、植株矮小、叶片失绿等症状。某些植物对镉产生超累积作用,在重金属镉胁迫下,有一系列的耐性和解毒机制。目前研究表明,植物的耐Cd 机制主要包括螯合作用、区隔化作用、抗氧化作用、排外作用、固定钝化作用、应激作用。

本文着重讨论了镉对植物产生的毒害及植物对镉吸收和耐性机制的研究进展,从而为植物抗镉性机制、防治镉污染提供理论依据,其超积累的生理生化机制对于Cd 污染环境的植物修复研究具有重要意义。

结论与展望

重金属镉作为污染物,在环境中广泛存在,其毒性大、半衰期长,已成为影响植物生长的重要限制因子。镉对植物的危害不仅表现在对植物生理生化方面的影响,而且使其产量及品质降低,使其通过食物链进入人体,对人们的健康造成威胁。因此,研究镉对植物的危害及植物对镉的耐性机制显得尤为重要。

鉴于目前的技术手段及研究进展,还需要进一步探讨重金属在植物体内的迁移转化及累积机制,特别是对于重金属的形态转化、转运蛋白的基因、区隔化的分子机制、植物耐镉的关键因子、植物的耐镉机制、调控机制、重金属之间的相互作用、抗氧化酶的调控机制等的研究,这对更好地挑选耐镉植物及超富集植物具有重要意义。因此,有必要借助基因工程、分子生物学、生物信息学、植物生理学等技术手段,加强植物对重金属镉胁迫的响应及其分子机制研究;同时,对重金属含量低的作物进行筛选,克隆超累积植物耐性基因,在非超累积植物中进行应用。最后对于植物耐性的胁迫信号及激素信号的研究也亟待解决。因重金属镉对植物的毒害是多方面的,植物对镉的耐性机制也受多种影响因素的调控,还需进一步深入研究和探索。