北极星环保网讯:作者综述植物生长调节物质对重金属毒害植物的毒性缓解及抗性增强作用以及植物生长调剂物质在植物提取重金属过程中的作用及应用研究进展。提出生长调节物质在农业生产以及重金属植物修复中的应用潜力及今后的研究、发展方向,旨在为中国重金属污染地区农业生产及植物修复的发展提供参考。
植物生长调节物质(PGRs)是一类
可以调节植物细胞分化、生长发育
抗逆性以及衰老过程的化学物质
在植物生命过程中起着极为重要的作用
重金属(HMs)是指比重在 4.0 g/L 以上(大概60种)或比重在 5.0 g/L 以上(45 种)的元素,主要有镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)等。
一般情况下,重金属是以环境可适的浓度广泛分布于自然界中。但是随着工业生产的迅猛发展、农业污水灌溉及化肥农药的大量使用,某些地区的重金属的含量超标,对当地的生态环境造成严重的危害。HMs 通过植物根系和地上部分吸收进入植物体内,对植物生理生长特性产生巨大影响:降低种子的萌发率和活力,造成植物根系生长的严重受阻,褐变畸形,生长减少,细胞死亡,造成植物的生长发育迟缓,植株萎黄,农产品产量下降,品质下降等。HMs诱导的毒性作用可以造成植物光合作用,蒸腾作用下降,代谢紊乱,HMs 污染的植物也会通过食物链进入人体,从而危害人类健康。
植物生长调节物质(PGRs)是一类可以调节植物细胞分化、生长发育、抗逆性以及衰老过程的化学物质、在植物生命过程中起着极为重要的作用。PGRs 的种类繁多,主要包括植物激素和植物生长调节剂两大类,前者是植物自身产生的内源生长调节物质,后者是经人工合成,与天然植物激素具有相似生理功能和生理活性的化学物质。植物生长调节物质可以作用于植物从种子发芽到幼苗生长、开花、结实和成熟等整个生命周期,在调节植物生长发育和抗逆性等方面都具有非常重要的作用。能促进植物的生长,减轻重金属对植物的毒性,增强植物对重金属的抗性,提高重金属污染的植物修复能力。
以下为文章主体内容
❖ HMs 对植物的毒性
HMs 可以引起植物根、茎、叶的生长抑制,并伴随叶绿素含量的降低,植物生产能力的下降,植物种子中的碳水化合物、蛋白含量、磷含量、离子含量明显降低等。HMs 对植物的伤害过程是直接或间接产生活性氧(ROS)的过程,如 O2-、OH˙、H2O2 等,活性氧诱导增加了植物细胞脂氧化酶的活性,导致细胞膜脂质成分和流动性的改变引起脂质过氧化损伤。HMs 还可以和核蛋白、DNA 相互作用,导致生物大分子的氧化伤害;HMs 也可以改变抗氧化酶的活性和植物体内抗氧化剂的量,并伴随着植物氧化胁迫的加剧,包括DNA 的破碎、细胞膜脂质过氧化和血红素蛋白的氧化等。
重金属 Cd 抑制了亚麻生物量的生产和对 K、Ca、Mg 和 Fe 的吸收,它显著增加了 Cd 在亚麻根和茎中的积累,在叶水平上,Cd 导致了细胞膜脂肪酸组成的变换,出现不饱和现象。HMs 可以替换植物中辅酶的辅因子(如辅酶 A,核黄素腺嘌呤二核苷酸 FDA等)导致酶的失活性,HMs 也可以氧化蛋白或与蛋白的巯基相连,抑制关键膜蛋白如 H+-ATP 酶的活性,导致蛋白失活或功能的抑制。在活的植物体内,HMs 还可以作用于内囊体膜上光系统I和光系统II的脂类、蛋白质以及光合作用过程中不可缺少的主要组成成分,扰乱光合作用电子传递。
HMs 对植物的毒性作用还体现在植物体内抗氧化防御系统、细胞代谢、基因表达等多个方面,造成植物体大量的能量及物质资源在植物对抗 HMs 的过程中消耗,影响植物正常的生长及代谢过程。铬(Cr)胁迫导致芒草(Miscanthus sinensis)中大量差异性蛋白的表达,这些蛋白包括碳、氮代谢蛋白、分子伴侣蛋白和硝酸还原酶、腺嘌呤磷酸核糖基转移酶、甲酸脱氢酶等。高浓度的 HMs 胁迫下,不同植物种系共用的蛋白响应路径(糖酵解途径、抗坏血酸-谷胱甘肽循环、LEA 蛋白积累)都会发生改变。Cd 胁迫的水稻(Oryza sativa L. Nipponbare)根中发现了大量的特异性表达基因,它们和多种生物过程相关,包括代谢、胁迫响应、离子转运、信号转导等,包括编码膜蛋白和与胁迫相关的蛋白,如热休克蛋白、单糖转运蛋白等。
