植物重金属伤害及其抗性机理.pptx

本次课的主要内容
第一部分:重金属的危害抗性研究的重要性
第二部分:重金属对植物伤害效应及伤害机理
重金属污染对植物的伤害效应
重金属污染对植物的伤害机理
第三部分:植物对重金属抗性和抗性机理
植物对重金属的抗性
植物对重金属的抗性机理
一、重金属的危害抗性研究的重要性
实例一 60 年代,日本发生的第二公害病—骨痛病,便是由于食用被镉废水污染的土壤生产的“镉米”所致。
实例二贵州某地农村炼锌,竟将三百多公里的地带毁损得寸草不生。

由此看出,作为食物链中的初级生产者的植物,过量的重金属在它们的根、茎、叶以及果实中大量积累,不仅严重地影响植物的生长发育,而且还可经食物链危及动物和人类等。正因为如此,植物重金属伤害及抗性机理的研究非常重要。
二、重金属对植物伤害效应及伤害机理
2. 1 重金属污染对植物的伤害效应
许多重金属(例如Cu ,Zn 等) 都是植物必需的微量元素,对植物的生长发育起着十分重要的作用。但是,当环境中重金属数量超过某一临界值时,就会对植物产生一定的毒害作用,轻则植物体内的代谢过程发生紊乱,生长发育受到抑制,重则导致植物死亡。
2. 1. 1 重金属污染对植物的直接伤害
植物生长在重金属污染的环境中,由于质膜是有机体与外界环境的界面,所以植物细胞质膜首先接触到重金属,相应地重金属首先并直接地影响到细胞质膜。重金属浓度越高,胁迫时间越长,对植物细胞质膜的选择透性、组成、结构和生理生化等的伤害就越大。
孔祥生等(1999)利用不同浓度的Cd 处理玉米幼苗,其叶片电导度和MDA (丙二醛)含量随Cd 浓度的增大而增大. 证明在重金属胁迫下,植物叶片细胞质膜的组成和完整性遭到破坏。细胞膜受到伤害后,细胞内的离子和有机物大量外渗,外界有毒物质进入细胞,结果导致植物体内一系列生理生化过程失调。
2. 1. 1. 1 水分代谢
***As对作物的毒害,在于阻碍作物中水分输送,从根部向地上部分的水分供给受到抑制;铬Cr可引起永久性的质壁分离并使植物组织失水;Lamoreaux等(1977)报道镉Cd可引起禾苗缺水并分析了使其缺水的原因;重金属对植物蒸腾作用的影响也十分明显。在低浓度毒物的刺激下,细胞膨胀,气孔阻力减小,蒸腾加速。当污染浓度超过一定值后,气孔阻力增加或气孔关闭,蒸腾强度降低。
王焕校(1990)认为蒸腾下降可能与重金属诱导的植物体内ABA(脱落酸) 浓度增加有关。
重金属对植物水分代谢的影响了解较少,具体机理尚不清楚。有待进一步研究。
2. 1. 1. 2 光合作用
众多实验证明,重金属胁迫对植物的光合作用都是抑制的,并且降低效应与胁迫程度成正相关。另外,光合降低也与植物种类和发育时期以及重金属的种类有关。王焕校(1990)指出Cd污染对水稻不同发育时期的光合作用影响非常明显,并且其光合强度随着Cd浓度增高而降低。-1时,水稻植株光合作用下降,拔节期减少了17%,开花期减少4%;-1时,拔节期减少了23%,开花期减少8%;-1时,拔节期减少了26%,开花期减少70%。
重金属污染后植物叶绿体受到严重影响。彭鸣等(1991)用Cd、Pb处理玉米,发现叶绿体结构发生明显变化。Cd、Pb 破坏了叶绿体膜系统,在低浓度处理下叶绿体的基粒片层稀疏,层次减少,分布不均。随着浓度升高,基粒片层消失,类囊体出现空泡,基粒垛叠混乱,在高浓度条件下,膜系统开始崩溃,叶绿体球形皱缩,出现大而多的脂类小球。说明叶绿体功能遭到破坏。
2. 1. 1. 3 呼吸作用
重金属对植物呼吸作用的影响十分显著。杨树华等(1986)报道水稻种子萌发时的呼吸强度随Pb 浓度增加而降低,呈显著负相关但Pb 对水稻呼吸作用的抑制可随着萌发天数的增加而下降。这种现象的出现,可能与种子对不良环境的适应和本身的代谢调节有关。
线粒体是植物体内呼吸作用的场所,所以重金属对呼吸作用的影响也与它们对线粒体的伤害有关。玉米线粒体是对重金属较敏感的细胞器。较低浓度的Pb、Cd处理时,线粒体内嵴减少或消失,在Cd 50mgkg-1、Pb 1000mgkg-1条件下,线粒体肿胀成巨大型线粒体,内腔空泡,有的线粒体溃解。因此,高浓度Cd、Pb对玉米线粒体的伤害是不可逆转的,将造成呼吸作用降低,植物细胞死亡(彭鸣等1991)。
2. 1. 1. 4 碳水化合物代谢
一般认为,重金属污染时植物体内碳水化合物代谢紊乱。杨居荣等(1995)报道Cd 污染可使几种植物体内可溶性糖含量降低;而周建华等(1999)的实验发现,高浓度Cd、Cr处理可使水稻幼苗叶片可溶性糖和淀粉含量降低;低浓度则对它们稍有促进作用,因此认为植物体内可溶性糖变化可能与重金属的污染程度有关,即低