重金屬對植物影響及其解決措施

重金屬的毒害效應

某些重金屬是植物生長的必需元素，例如:Cu是某些氧化酶(如多酚氧化酶、抗壞血酸氧化酶、細胞色素氧化酶)的成分,可以影響氧化還原過程,銅又是光合電子傳遞鏈體系中PC(質體藍素)的成分，參與光合作用的電子傳遞;Zn也是某些酶(如谷氨酸脫氫酶、乙醇脫氫酶的活化劑),缺Zn則植物的株型和生長習性發生改變。但是無論是必需元素還是非必需元素,當超過某一數值時,都會對物產生一定的毒害作用,輕則植物體的代謝過程發生紊亂,生長發育受阻,重則導致植物死亡。

2 重金屬對植物的傷害

植物生長在重金屬污染的環境中,受重金屬的脅迫，植物與重金屬接觸的界面首先受到影響，並且這種影響隨著脅迫時間的延長，隨重金屬濃度的升高，植物的受害亦加劇。植物受重金屬的傷害程度、傷害癥狀與重金屬的種類關係密切。

2. 1 重金屬對膜透性的破壞

植物細胞膜系統(包括液泡膜、質膜和細胞器膜)是植物細胞和外界環境進 行物質交換和信息傳遞的界面和屏障，其穩定性是細胞進行正常生理功能的基礎。重金屬脅迫可導致植物細胞膜透性的嚴重破壞，使細胞膜透性增加。Cd、Pb處理可使葉綠體結構發生明顯變化,破壞了葉綠體的膜系統。孔祥生等用不同濃度的Cd處理玉米幼苗,其葉片浸提液的相對電導率、MDA含量隨鎘濃度的增大而加大。說明在鎘脅迫下,玉米葉片質膜的組成和完整性遭到破壞。細胞膜的損傷必然導致膜上結合酶和細胞內酶的平衡失調,大量物質外滲,有毒物質能自由進入細胞,導致細胞一系列生理生化過程的紊亂,嚴重時導致植株的死亡。植株吸收過量的銅,也會使植物細胞和細胞器膜系統受到損傷,玉米根尖細胞原生質體因銅的過量存在而受到破壞。10mmo.lL-1Hg2+可使萍蓬草類囊體片層結構腫脹乃至解體,但重金屬的毒害作用並不是絕對的,在一定濃度範圍內,它也有其有利的一面,只有超過一定濃度範圍,才會抑制正常的生理生化過程。

2. 2 重金屬對光合作用的影響

眾多研究表明,重金屬脅迫對植物的光合作用都是抑制的,且抑制效應與處理間的延長和濃度的加大成正相關。重金屬對植物光合作用的影響是通過影響光合過程中的電子傳和破壞葉綠體的完整性而實現的。銅脅迫下,表現為葉綠素合成受阻,甚至引起葉綠素的破壞。過量的銅可引起類囊體結構和功能的破壞,從而使光合過程的 PSI、PSII之間的聯繫阻斷,光合作用嚴重受阻。鎘也是毒害性最強的重金屬之一, 10-6M水平的鎘就可使某些植物受害甚至減產,受害癥狀表現為植物褪綠,生物產量下降,cha/chb的比率也受鎘的影響,對水生維管植物而言,cha下降的幅度大於chb，但對番茄而言則對chb的影響大於cha ,汞和鎘的過量可以顯著地降低蒓菜葉片葉綠素含量及葉綠素cha和chb的比值。鋅也可引起植物葉片的失綠，但癥狀可通過向培養液中添加鐵或給葉片塗鐵而得到減輕。總之，重金屬抑制植物光合作用的機理是一個複雜的問題。

2. 3重金屬對植物呼吸作用的影響

重金屬對植物的呼吸作用的影響顯著，低濃度汞在小麥種子萌發初期起促進作用，但隨著作用時間的延長，則呼吸作用降低，表現為抑制作用；水稻種子在萌發過程中，呼吸強度隨鉛濃度的增加而降低，但這種抑制作用隨萌發天數的增加而降。Cu2+、Cd 2+、Zn2+複合污染下，亞心型小球藻和小球藻的呼吸作用受到短暫增強後迅速下降。

2. 4重金屬對植物細胞的遺傳毒害

重金屬對植物的核酸代謝產生顯著的影響，蠶豆根尖的DNA、RNA含量和DN ase 、 Rnase活性隨溶液中Cd2+濃度的升高而降低，Cd也影響蠶豆根尖的細胞分裂，延長細胞分裂的周期。張義賢研究了8種重金屬對大麥根尖細胞的遺傳毒害，認為他們都能抑制細胞分裂和染色體畸變，導致出現染色體斷裂、粘連、體細胞染色體不等交換、染色體環等畸變形式。Cd2+也對蠶豆DNA合成和DNA修復有影響，且Cd2+濃度越高抑制作用越強。

2. 5重金屬對植物脯氨酸含量的影響

脯氨酸是重要的滲透調節物質，植物體內脯氨酸含量的增加是植物對逆境脅迫的一種適應性反應。研究表明,小白菜根內遊離脯氨酸的含量隨培養液中Cd2+濃度的升高而增加。Cd2+、Cr6+、Pb2+對青菜也有類似的效應。Cu2+、Zn2+能誘導小麥體內產生並積累脯氨酸,但銅表現出更強的誘導脯氨酸產生的能力，二者都還表現出劑量依賴效應,0~100pp m濃度範圍內，隨銅、鋅離子濃度的增大小麥莖積累脯氨酸的量也隨之增多。M ehta 的研究表明 ,銅、鋅脅迫下植物體內產生並積累脯氨酸與植物體內活性氧自由基的清除以及膜脂過氧化作用的減輕有密切關係。

2. 6對植物產量的影響

水稻受鉛影響後，其成熟期推遲，空秕率增加，從而使產量大幅度的下降引。周毅等, 就土壤中鉛對作物影響進行研究，結果表明，土壤鉛處理濃度為100mg. L-1時，對大豆具有一定的刺激作用;但在300m g.L-1處理時，大豆的千粒重減少了7%,產量下降了34%; 處理濃度為2000mg. L-1時，大豆的千粒重減少20%,產量下降了68%。士壤鉻處理後水稻因每穗穎花數減少和千粒重下降而導致減產，而且土壤鉻含量越高生物產量越低。銅和鎘脅迫可明顯降低小麥籽粒產量，且施用濃度越高，減產幅度越大。過量的銅可使柑橘樹的果數減少。

3重金屬污染的防治措施

重金屬在土壤中具有性質穩定、易於累積和不易除去的特點，通過食物鏈對人畜產生慢性中毒。土壤重金屬污染防治，應堅持預防為主，綜合防治的原則，要嚴格控制礦山粉塵、工業企業中含重金屬廢水和固體廢棄物的排放。世界各國廣泛開展了土壤重金屬污染的治理工作，目前大多數治理方法尚處於試驗階段。

3. 1增施有機肥

有機肥不僅可以改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，而且可以影響重金屬在土壤中的形態及植物對重金屬的吸收。由於有機肥中存在大量官能團和較大比表面積，所以可促進土壤中重金屬離子與其形成重金屬有機絡合物，增加土壤重金屬的吸附能力，提高土壤對重金屬的緩衝性，從而減少植物對重金屬的吸收，阻礙重金屬進入食物鏈。

3. 2植物修復技術

植物修復技術就是利用植物吸收、富集、降解或固定土壤中重金屬離子或其他污染物，以消除或降低污染程度、修復環境的綜合環境生物技術，有植物提取、植物揮發、植物穩定和植物促進等修復技術。植物促進是根據重金屬的螯合原理，向土壤中施加螯合劑如EDTA(乙二胺四乙酸 )、檸檬酸等活化土壤中重金屬，增加重金屬的生物有效性，提高富集植物對重金屬的積累，促進植物的吸收, 這是 植物修複發展的一個新方向。

植物修復主要是通過收割地上部分而實現的，而施加螯合劑可以提高某些植物對重金屬的吸收，促進了重金屬向地上部分的轉移。研究發現，向鉛污染土壤中加入1.0g /kgEDTA24h後，P b從根向枝幹部分的凈轉移提高120倍。利用超積累植物修復重金屬污染的土壤是一項綠色的治理方法，具有很大的開發前景。

3. 3客土法

由於有些重金屬只污染了表層土壤，所以有條件的地方可採用客土改良方法。具體做法是在污染的土壤上覆蓋一層好土，或將被污染的土壤部分或全部換掉，覆土或換土的厚度應大於污染層土壤的厚度。顯然,該法費工、費力，而且需要較大的資金投入。

4小結

目前重金屬對植物生長發育的影響研究主要涉及重金屬汞、鎘、鉛、鉻、鋅、銅、鈷、鎳和類金屬砷等生物毒性明顯的重金屬對植物生長發育的影響；對於植物而言，主要研究重金屬對植物的出芽率、生長速率、產量等生長參數影響的濃度和時間效應，植物對重金屬的吸收和重金屬在植物體內的分布以及對植物超微結構的毒害等方面。上述領域研究的進一步深入，必能為植物的生長和發育提供更有利的環境。

參考文獻

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