盧楠

摘要 我國(guó)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(wèn)題日趨嚴(yán)重。因金屬礦床形成特點(diǎn)及開(kāi)采方式單一等原因，造成Cd、Pb居于重金屬?gòu)?fù)合污染前列。通過(guò)總結(jié)單一Cd、Pb污染對(duì)植物生理生化特征的影響以及Cd、Pb復(fù)合污染對(duì)植物生理生化及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響等研究進(jìn)展，明晰土壤重金屬Cd、Pb復(fù)合污染對(duì)植物影響和損害的研究熱點(diǎn)，進(jìn)而探明植物重金屬脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制。

關(guān)鍵詞 重金屬脅迫;生長(zhǎng)發(fā)育;細(xì)胞形態(tài);致?lián)p機(jī)理

中圖分類號(hào) X53

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

文章編號(hào) 1007-5739（2019）08-0176-02

根據(jù)國(guó)土資源部門的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)受重金屬污染的耕地面積約為2000萬(wàn)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(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)顯示，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，污染類型以無(wú)機(jī)污染為主，無(wú)機(jī)污染物的超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占全部超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)的82.8%。其中，Cd、Pb點(diǎn)位超標(biāo)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(diǎn)位超標(biāo)率分別達(dá)到33.4%，礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)在帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)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(duì)于植物的危害機(jī)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(wèn)題。

1單一Cd、Pb污染對(duì)植物生理生化特征的影響

Cd是植物生長(zhǎng)非必需元素，具有較強(qiáng)的毒性用，高濃度的Cd可對(duì)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(shí)發(fā)現(xiàn)，Cd脅迫抑制了植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(guò)量的Cd會(huì)降低酶活性。袁祖麗等試驗(yàn)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(guò)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(yáng)等8在研究殼聚糖對(duì)Cd脅迫下玉米幼苗根系生長(zhǎng)及葉片光合作用的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，一定量的Cd抑制了玉米幼苗的生長(zhǎng)，破壞了根系細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和抗氧化酶活性，進(jìn)而抑制了葉片的光合作用。

同時(shí)，植物對(duì)鎘的累積和耐受性也受到各種因素的影響。Li等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤Cd含量以及作物氮營(yíng)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(guò)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(guò)氧化氫（H2O2）;而POD、CAT、APX則被認(rèn)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(guò)氧化物酶體中膜的脂質(zhì)過(guò)氧化氯略有下降，可能是由于在Cd的誘導(dǎo)下，參與過(guò)氧化氫去除的抗氧化酶的活性增加，導(dǎo)致過(guò)氧化物酶體的活性氧代謝失衡。

Yang等叫在研究Pb對(duì)林木種子的生態(tài)毒理效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，Pb脅迫對(duì)林木種子的發(fā)芽率、根莖伸長(zhǎng)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(yàn)條件下，對(duì)土壤添加外源Pb的年變化以及由Pb污染引起的對(duì)土壤有機(jī)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(duì)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(duì)鳳眼蓮幼苗生理生化變化的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，Pb濃度的升高對(duì)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(duì)植物生理生化及細(xì)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(duì)氮、磷鉀等營(yíng)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(zhǎng)發(fā)育或者導(dǎo)致植物體死亡9。簡(jiǎn)敏菲等叫在研究重金屬Cd.Pb對(duì)優(yōu)勢(shì)鄉(xiāng)土濕地植物丁香蓼復(fù)合污染脅迫時(shí)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(zhǎng)情況葉綠素含量及抗氧化酶活性等指標(biāo)。朱娜等叫通過(guò)研究復(fù)合污染條件對(duì)不同品種蕹菜的生長(zhǎng)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(duì)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(guò)改變土壤中重金屬的存在形態(tài)，鈍化土壤重金屬，從而達(dá)到降低植物不同部位對(duì)重金屬Pb、Cd的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和富集能力，阻隔土壤一植物體系間的遷移和再分配機(jī)制的目的。賈倩等2通過(guò)試驗(yàn)探討了鉀硅肥對(duì)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(duì)Pb、Cd的吸收能力，還能補(bǔ)充作物對(duì)養(yǎng)分的需求。唐守寅等叫發(fā)現(xiàn)，對(duì)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(píng)價(jià)土壤重金屬鈍化劑的功效。方至萍等叫通過(guò)向Cd、Pb復(fù)合污染土壤中添加海泡石，從而實(shí)現(xiàn)減少水稻對(duì)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(duì)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(duì)修復(fù)效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。而土壤Cd、Pb復(fù)合污染對(duì)植物生理生化特征及細(xì)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(jī)制的重要手段，將會(huì)成為研究熱點(diǎn)。

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