重金屬Cd、Pb復(fù)合污染對植物生理生化和細胞結(jié)構(gòu)影響的研究進展

盧楠

摘要 我國受重金屬污染的土地面積廣大，因采礦等造成的環(huán)境和土壤重金屬污染問題日趨嚴重。因金屬礦床形成特點及開采方式單一等原因，造成Cd、Pb居于重金屬復(fù)合污染前列。通過總結(jié)單一Cd、Pb污染對植物生理生化特征的影響以及Cd、Pb復(fù)合污染對植物生理生化及細胞結(jié)構(gòu)的影響等研究進展，明晰土壤重金屬Cd、Pb復(fù)合污染對植物影響和損害的研究熱點，進而探明植物重金屬脅迫的生理響應(yīng)機制。

關(guān)鍵詞 重金屬脅迫;生長發(fā)育;細胞形態(tài);致?lián)p機理

中圖分類號 X53

文獻標識碼

文章編號 1007-5739（2019）08-0176-02

根據(jù)國土資源部門的統(tǒng)計，我國受重金屬污染的耕地面積約為2000萬hm，污染面積占耕地總面積的20%左右。其中，重金屬污染以中、低濃度污染為主。根據(jù)2014年4月發(fā)布的全國土壤污染狀況調(diào)查公報顯示，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，污染類型以無機污染為主，無機污染物的超標點位數(shù)占全部超標點位數(shù)的82.8%。其中，Cd、Pb點位超標率分別為7.0%、1.5%，居于重金屬污染前列。

采礦是造成環(huán)境和土壤重金屬污染的主要人為因素之一，采礦區(qū)的重金屬污染點位超標率分別達到33.4%，礦產(chǎn)資源的開發(fā)在帶來巨大經(jīng)濟效益的同時，也導(dǎo)致了嚴重的環(huán)境問題，，金屬礦床中共生、伴生礦床多，單一礦床少，造成了大量的Cd、Pb等共生、伴生重金屬元素留存于礦渣與廢石中，礦區(qū)污染土地多存在重金屬Cd、Pb復(fù)合污染。因此，系統(tǒng)探明Cd、Pb元素復(fù)合污染對于植物的危害機理，已經(jīng)成為預(yù)防和治理重金屬污染面臨的重要科學(xué)問題。

1單一Cd、Pb污染對植物生理生化特征的影響

Cd是植物生長非必需元素，具有較強的毒性用，高濃度的Cd可對植物產(chǎn)生毒害作用，甚至導(dǎo)致植物死亡5。崔振等在研究Cd脅迫下檉柳和銀水牛果的生理響應(yīng)時發(fā)現(xiàn)，Cd脅迫抑制了植物生長發(fā)育過程中葉綠素的合成，導(dǎo)致葉綠素a、葉綠素b的比值顯著降低。究其原因，可能是過量的Cd會降低酶活性。袁祖麗等試驗發(fā)現(xiàn)，在低濃度Cd的脅迫下，煙草體內(nèi)活性氧增加，但是體內(nèi)去除活性氧的抗氧化系統(tǒng)依然能維持平衡;而高濃度Cd脅迫下，煙草體內(nèi)活性氧的增加超過了抗氧化能力，從而抑制酶的合成，導(dǎo)致酶活性下降。曲丹陽等8在研究殼聚糖對Cd脅迫下玉米幼苗根系生長及葉片光合作用的影響時發(fā)現(xiàn)，一定量的Cd抑制了玉米幼苗的生長，破壞了根系細胞膜的穩(wěn)定性和抗氧化酶活性，進而抑制了葉片的光合作用。

同時，植物對鎘的累積和耐受性也受到各種因素的影響。Li等試驗發(fā)現(xiàn)，土壤Cd含量以及作物氮營養(yǎng)狀況直接影響Cd在春小麥籽粒中的累積情況。Cai等叫的研究表明，轉(zhuǎn)錄因子（HsfA1a）賦予了番茄植物Cd耐受性，部分通過其在Cd脅迫下誘導(dǎo)褪黑激素生物合成的積極作用。

Cd脅迫顯著增加了植物葉片中活性氧（ROS）的產(chǎn)生，SOD、POD、CAT、APX將參與活性氧的代謝，其中SOD催化分解超氧陰離子自由基，使之轉(zhuǎn)化為過氧化氫（H2O2）;而POD、CAT、APX則被認為是清除植物H2O2的酶，其活性變化在一定程度上反映了植物體內(nèi)活性氧的代謝情況”。MCRomero-Puertas等叫1在研究中發(fā)現(xiàn)，受到Cd脅迫的豌豆葉片中過氧化物酶體中膜的脂質(zhì)過氧化氯略有下降，可能是由于在Cd的誘導(dǎo)下，參與過氧化氫去除的抗氧化酶的活性增加，導(dǎo)致過氧化物酶體的活性氧代謝失衡。

Yang等叫在研究Pb對林木種子的生態(tài)毒理效應(yīng)時發(fā)現(xiàn)，Pb脅迫對林木種子的發(fā)芽率、根莖伸長率和幼苗鮮重均有一定程度的抑制作用，從而造成作物產(chǎn)量大幅下降4。刁展等5研究了田間試驗條件下，對土壤添加外源Pb的年變化以及由Pb污染引起的對土壤有機碳礦化和土壤有效養(yǎng)分的影響。

Hanleyl研究發(fā)現(xiàn)，在Pb脅迫條件下，代謝產(chǎn)物脯氨酸以及對有毒重金屬適應(yīng)性反應(yīng)的果仁糖在車前草中有積累效應(yīng)。Malarl"在研究Pb對鳳眼蓮幼苗生理生化變化的影響時發(fā)現(xiàn)，Pb濃度的升高對葉綠素含量的降低有直接影響。Pb在根和葉組織中存在沉積，且在根中的積累量更高。

2復(fù)合Cd、Pb污染對植物生理生化及細胞結(jié)構(gòu)的影響

土壤Cd、Pb易被植物吸收并累積，不但影響植物對氮、磷鉀等營養(yǎng)物質(zhì)或鈣鎂等礦物質(zhì)的吸收8，甚至影響植物的光合作用，破壞植物體內(nèi)新陳代謝，使酶蛋白失活或結(jié)構(gòu)變異，從而影響植物的生長發(fā)育或者導(dǎo)致植物體死亡9。簡敏菲等叫在研究重金屬Cd.Pb對優(yōu)勢鄉(xiāng)土濕地植物丁香蓼復(fù)合污染脅迫時發(fā)現(xiàn)，Cd和Pb的復(fù)合污染一定程度上抑制了丁香蓼的生長情況葉綠素含量及抗氧化酶活性等指標。朱娜等叫通過研究復(fù)合污染條件對不同品種蕹菜的生長和重金屬累積特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同一作物不同品種對重金屬的耐性和吸收規(guī)律有很大不同。

絕大多數(shù)學(xué)者致力于研究向復(fù)合污染土壤中施用肥料、改良劑及黏土礦物等材料，通過改變土壤中重金屬的存在形態(tài)，鈍化土壤重金屬，從而達到降低植物不同部位對重金屬Pb、Cd的吸收、轉(zhuǎn)運和富集能力，阻隔土壤一植物體系間的遷移和再分配機制的目的。賈倩等2通過試驗探討了鉀硅肥對水稻PbCd的吸收及土壤中Pb、Cd生物有效性的影響，發(fā)現(xiàn)鉀硅肥的施用不僅能降低水稻地上部分對Pb、Cd的吸收能力，還能補充作物對養(yǎng)分的需求。唐守寅等叫發(fā)現(xiàn)，對水稻施用羥基磷灰石雖能顯著降低土壤中Cd的有效性，但可能導(dǎo)致籽粒中Cd含量的升高，因而應(yīng)綜合評價土壤重金屬鈍化劑的功效。方至萍等叫通過向Cd、Pb復(fù)合污染土壤中添加海泡石，從而實現(xiàn)減少水稻對重金屬富集作用的目的。

綜合以上研究成果，研究多集中于各種土壤改良劑和重金屬固定劑的施用對CdPb有效性和形態(tài)的影響，以及由此造成的重金屬在作物中不同部位的累積和分布規(guī)律，并對修復(fù)效應(yīng)進行評價。而土壤Cd、Pb復(fù)合污染對植物生理生化特征及細胞結(jié)構(gòu)損傷的影響研究卻較少涉及，作為探明植物重金屬脅迫的生理響應(yīng)機制的重要手段，將會成為研究熱點。

3參考文獻

[1]何俊瑜，任艷芳，朱誠，等鎘脅迫對不同水稻品種種子萌發(fā)幼苗生長和淀粉酶活性的影響[J].小.中國水稻科學(xué)，2008（4）：399-404.

[2]李劍睿，徐應(yīng)明，林大松，等.農(nóng)田重金屬污染原位鈍化修復(fù)研究進展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2014（4）：721-728.

[3]環(huán)境保護部，國土資源部.全國土壤污染狀況調(diào)查公報[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014（5）：10-11.

[4] REJEB K B ，GHNAYA T，ZAIER H， et al.Evaluation of the Cd2+，phytoe-xtraction potential in the xerohalophyte Salsola kali L. and the impact ofEDTA on this process[J].Ecological Engineering， 2013 ， 60：309-315.

[5] ARASIMOWICZJELONEK M，F(xiàn)LORYSZAKWIECZOREK J， DECKERTJ，et al.Nitric oxide implication in cadmium -induced programmed celldeath in roots and signaling response of yellow lupine plants [J].PlantPhysiol Biochem， 2012， 58（3）： 124-134.

[6]崔振，李昌曉，李曉雪，等.檉柳和銀水牛果對Cd脅迫的生理響應(yīng)與

耐受積累特征[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，46（3）：1-9.

[7]袁祖麗，吳中紅.Cd脅迫對煙草根抗氧化能力和激素含量的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2010，30（15）：4109-4118.

[8]曲丹陽，張立國，顧萬榮，等.殼聚糖對Cd脅迫下玉米幼苗根系生長及葉片光合的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2017，36（5）：1300-1309.

[9] LI XIANGLAN，ZIADI N， BELANGER G，et al.Cadmium accumulationin wheat grain as affected by mineral N fertilizer and soil characteristics[J].Canadian Journal of Soil Science，2017，91（4）：521-531.

[10]CAIS Y ，ZHANG Y，XU Y P，et al.HsfA la upregulates melatonin bios-ynthesis to confer cadmium tolerance in tomato plants[J].Jourmal ofPineal Research ，2017 ， 62（2）：e12387.

[11] PYNGROPE S， BHOOMIKA K，DUBEY R s.Oxidative stress ，proteincarbonylation ， proteolysis and antioxidative defense system as a modelfor depicting water deficit tolerance in Indica rice seedlings [J].PlantGrowth Regulation， 2013 ， 69（2）： 149-165.

[12] ROMERO -PUERTAS M C， MCCARTHY I，SANDALIO L M，et al.Cadmium toxicity and oxidative metabolism of pea leaf peroxisomes[J].Free Radical Research Communications ，2016， 31（sup1）：25- -31.

[13] YANG N，ZHOU F R， WANGJ X.Eco-toxicological effects of two kindsof lead compounds on forest tree seed in alkaline soil[J].EnvironmentalMonitoring & Assessment ，2016， 188（3）：1-9.

[14]LI G K ，GAO J， PENG H ， et al.Proteomic changes in maize as a responseto heavy metal （ lead ）stress revealed by iTRAQ quantitative proteomics[J].Genetics & Molecular Research Gmr， 2016， 15（1）：gmr. 15017254.

[15]刁展，呂家瓏，安鳳秋外源鉛在土壤中的年際變化及對土壤有機碳

礦化和速效養(yǎng)分的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2017，35（4）：10-14.

[16] HANLEY M E.The accumulation of the stress metabolite praline inplantago lanceolata as a response to lead pollution[D].Durham： DurhamUniversity， 1990.

[17] MALAR S， VIKRAM SS，F(xiàn)AVAS P J，et al.Lead heavy metal toxicityinduced changes on growth and antioxidative enzymes level in waterhyacinths [Eichhornia crassipes （ Mart. ）][J].Botanical Studies ，2016，55（1）：1-11.

[18] KOVACIK J， KLEJDUS B， HEDBAVNY J，et al.Effect of copper andsalicylic acid on phenolic metabolites and free amino acids inScenedesmus quadricauda （Chlorophyceae ）[J].Plant Science ，2010， 178（3）：307-311.

[19] EVERS D，LARONDELLE Y ，ANDRE C M.Dietary antioxidants andoxidative stress from a human and plant perspective： A review[J].CurrentNutrition & Food Science ， 2010，6（1）：2-12.

[20]簡敏菲，史雅甜，陳濤，等.重金屬Cd、Pb脅迫下濕地植物香蓼的生理生化特征研究[J].江西師范大學(xué)學(xué)報（自然版），2017，41（1）：93-98.

[21]朱娜，李富榮，李敏，等.Cd、Pb復(fù)合污染對不同品種蕹菜生長和重金屬累積特性的影響[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，36（6）：66-70.

[22]賈倩，胡敏，張洋洋，等.鉀硅肥施用對水稻吸收Pb、Cd的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2015，34（12）：2245-2251.

[23]唐守寅，董海霞，趙明柳，等.羥基磷灰石對PbCd在土壤-水稻體系中吸收和轉(zhuǎn)移的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，35（2）：266-273

[24]方至萍，廖敏，張楠，等.施用海泡石對Pb、Cd在土壤-水稻系統(tǒng)中遷移與再分配的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2017，38（7）：3028-3035.