文档介绍：植物重金属胁迫耐受机制
中国生物工程杂志 China Biotechnology,2015,35( 9) : 94-104
DOI: 10. 13523 /j. cb. 20150914
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李洋于丽杰金晓霞**
( 哈尔滨师范大学生命科学与技术学院哈尔滨 150025)
摘要重金属是一类会对植物产生毒害作用的污染物,植物在长期进化过程中演变出耐受重金属胁迫的相关机制。以植物重金属耐受性为基础,对近几年来国内外植物响应重金属胁迫的耐受机制研究作一简要综述。主要概述了重金属对植物的胁迫影响及植物抗氧化系统,脯氨酸、可
溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节物质和不同类型基因家族等方面对植物耐受重金属胁迫机制的研究进展。以期为提高植物耐重金属胁迫能力及研究植物修复重金属污染土壤的应用奠定一定
的基础。
关键词植物重金属胁迫抗氧化系统渗透调节物质基因家族
中图分类号 Q19
近年来,随着土壤重金属污染日趋严重,重金属对植物生长发育的影响以及如何缓解和抑制重金属对植
物的毒害已经引起了广泛关注。过量的重金属会抑制种子萌发和幼苗生长,使抗氧化酶系统和膜系统受损,诱发染色体畸变,严重时还可导致植物死亡。某些重金属,如铜
( Cu) 既是植物生长发育所必需的微量元素,又是污染环境的重金属元素,当土壤中 Cu
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2 +
浓度超过
一定值时,会对细胞形成较大的毒害,影响植物的生长和发育。但植物在长期进化过程中会产生相应应答
机制来缓解重金属对植物的胁迫伤害。本文总结了重金属对植物的胁迫影响及植物抗氧化系统、渗透调节物质和不同类型基因家族对重金属胁迫的响应,进而对植物应对重金属胁迫的分子生物学研究进展进行概述,如图 1 所示。
Fig. 1 Heavy metal tolerance mechanism
1: Metal ion binding to the cell wall and root exudates; 2: Reduction
of metal influx across the plasma membrane; 3: Membrane efflux
pumping into the apoplast; 4: Metal chelation in the cytosol by ligands such as phytochelatins,anic acids,and amino acids; 5: Transport of metal – plexes through the tonoplast and accumulation in the vacuole; 6: Sequestration in the vacuole by tonoplast transporters; 7: ROS defense mechanisms. Black dots: Metal ions
图 1 重金属耐受机制图
1 重金属污染
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重金属( heavy metal,HM) 是指密度大于 5g /cm
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的一类金属,大约有 45 种,包括镉( Cd) 、***( Hg) 、铅
( Pb) 、铬( Cr) 、Cu 等。重金属污染是因人类活动,如采
收稿日期: 2015-05-14
矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因
修回日期: 2015-06-11
素,导致环境中的重金属含量增加,超出正常范围,使环境质量恶化的现象。在我国,受重金属污染的耕地面积近 2000 万 hm ,占总耕地面积的 20% 左右。每年
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* 黑龙江省教育厅面上项目( 12531178,12531204) ,“植物生物学”黑龙江省高校重点实验室开放课题( ZK201205) ,黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划资助项目**通讯作者,电子信箱: xiaoxia6195@ 163. com
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因重金属污染而减产粮食超过 1. 0 × 10 t,被重金
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属污染的粮食也多达 1. 2 × 10 t。因此,重金属污染引起了人们的广泛关注。
基因表达上调来抵抗胁迫损伤。对水培滨藜( Atriplex
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halimus) 的研究表明,随着 Cu 浓度的增加,
CAT、POD、SOD 活性也在不断增加来抵抗 ROS 对其的
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2 重金属对植物的毒害
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伤害作用。菠菜、小白菜、茭白等随着重金属处理浓度的增加,SOD、POD、***还原酶( NR) 活性均呈现出先上升后下降的趋势,推测是受到外来重金属胁迫时,抗氧化酶能及时有效地清除自由基,保护细胞免受