自噬现象的观测
高玲1,2*，张卫娜2,4*，陈文利2,3
1.青岛农业大学生命科学学院，山东青岛266109；
2.华南师范大学激光生命科学教育部重点实验室，广州510631；
3.华南师范大学生命科学学院，广东省植物发育生物工程重点实验室，广州510631；
4.广东省农业科学院，广州510640
收稿日期：2011-03-23；接受日期：2011-04-29
基金项目：教育部长江学者和创新团队发展计划项目(IRT0829)，广东省科技攻关项目(2007A020300008-6)，
华南师范大学激光生命科学教育部重点实验室开放课题基金项目
通讯作者：陈文利，电话：(020)85211436-8512，E-mail ：chenwl@https://www.doczj.com/doc/105605302.html,
*并列第一作者
摘要：镉离子(Cd 2+)具有强植物毒性，可抑制植物生长，甚至导致植物死亡。为了研究重金属镉
对拟南芥的毒害作用，采用叶绿素荧光技术、流式细胞技术、激光共聚焦技术及半定量RT-PCR
技术，检测光合参数的变化、活性氧(reactive oxygen species ，ROS)的累积、自噬的发生，以及
病原相关蛋白（pathogenesis-related protein ，PR ）基因表达的变化。实验结果显示，随着
50μmol/L CdCl 2处理时间的延长，ROS 和Cd 2+在细胞中大量积累。而在镉胁迫的初期，会观察
到自噬的发生及PR 基因表达的变化。说明植物受到外界Cd 2+作用的初期，会通过自噬及增强
PR 基因表达来抵抗外界胁迫。但随着处理时间的延长，植物细胞内累积了大量的ROS 和Cd 2+，
当植物不足以通过自噬途径抵抗胁迫时，就会导致生长受阻，最终对光合系统造成损伤。
关键词：镉；活性氧；自噬；叶绿素荧光；流式细胞技术
中图分类号：Q945，Q947
DOI ：10.3724/SP.J.1260.2011.00676
引言
近年来，工业、矿业生产中产生的大量重金属被释放到环境中，镉(Cd )即是其中之
一。大量研究表明，镉是环境中的主要重金属污染源，是对植物毒性最强的元素之一。镉
毒害同其它逆境一样，主要伤害机制之一是影响植物体内活性氧(reactive oxygen species ，
ROS )和自由基的代谢平衡，引起ROS 和自由基的积累，产生膜脂过氧化作用，导致植物
的中毒甚至死亡[1]。植物体内的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase ，SOD )和过氧化氧
酶(catalase ，CAT )等保护酶对ROS 及自由基的清除能力，是决定其逆境抗性的重要因素
之一[2]。镉胁迫成为各种生物面临的一种新挑战。植物和藻类细胞虽然可以耐受一定量的镉
胁迫[3]，但过量的镉会直接或间接地抑制植物体的生理过程，如呼吸作用、光合作用和氮代
生物物理学报2011年8月第27卷第8期:ACTA BIOPHYSICA SINICA Vol.27No.8Aug.2011:676-686
676-686
676
ROS的产生及基因表达的变化。在分子水平，镉能够影响巯基(-SH)和金属鳌合键的形成
与分离、蛋白质的二级结构和细胞内氧化还原状态的改变，还会影响植物对其生长所必须
的金属元素的吸收、转移和代谢[8]。另外，在生物体内，镉能使在氧化还原或电子转移过程
中发挥重要作用的金属蛋白质发生毒化，致使自由基增多，导致蛋白质、脂类及其它生物
分子发生非特异性破坏[9]。但目前对于镉胁迫引起植物细胞死亡的机制依然不明。本实验以作为影响因子，采用叶绿素荧光技术、流式细胞技术、激光共聚焦技术及半定
外施CdCl
2
溶液处理的不同时间点，检测拟南芥生长及其光合参数的变化、
量RT-PCR技术，在CdCl
2
ROS的积累、自噬的发生，以及相关基因的表达情况，为监测重金属胁迫对植物的损伤作用
提供简单便捷的方法，同时为揭示植物对Cd2+的响应机理提供实验依据。
材料和方法
拟南芥的培养和原生质体的分离
拟南芥种子哥伦比亚野生型和突变体atg2(购买于The Nottingham Arabidopsis Stock
Centre，由于ATG2基因的缺失，突变体不能发生自噬现象，且正常生长条件下也会表现出
早衰现象)，经1%次氯酸钠溶液表面消毒后，用无菌水浸泡，置于4℃冰箱低温春化
处理3d。播种后在人工培养室培养，培养条件为16h光照、8h黑暗，光照强度
120μmol/L·m2·s，温度22℃，相对湿度82%。待幼苗长至28～35d左右时，取大小均一、
生长一致的植株进行相关实验[10]。
提取原生质体时，用锋利的刀片将拟南芥叶片切割成0.5～1mm的长条。将大约10～
20个叶片溶解于5～10ml的酶解液〔1%～1.5%纤维素酶R10(Yakult Honsha，Tokyo，
Japan)，0.2%～0.4%离析酶R10(Yakult Honsha，Tokyo，Japan)，0.4mol/L甘露醇，
20mmol/L KCl，20mmol/L MES(pH5.7)，10mmol/L CaCl2〕中，抽真空20～30min后，
置于黑暗中继续酶解3h。用孔径为35～75μm的尼龙网过滤，加W5溶液〔2mmol/L
MES(pH5.7)，154mmol/L NaCl，125mmol/L CaCl2，5mmol/L KCl〕，使细胞悬浮，100g
离心力下离心3min，重复离心三次，将下层原生质体小心地悬浮于W5溶液中，悬浮浓度
1～2×105/mL[11,12]。每组实验重复三次。
实验方法
叶绿素荧光参数的测量
应用Imaging-PAM便携式叶绿素荧光仪(Walz，Germany)，测定不同实验组叶片的叶
绿素荧光参数。测定前，将叶片放置到Imaging-PAM型荧光仪匹配的暗适应夹中适应25～
30min。测定时，将拟南芥的叶片放置到样品室，打开检测光(0.1μmol/m2·s)，测定初始荧
光(F o)；然后照射饱和脉冲光(3000μmol/m2·s)，每2.5s1个脉冲，测定最大光化学效率
677
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子激光器，LTG(LysoTracker@Green DND-26，用于自噬小体的检测)[13]和Leadmium TM Green AM dye(用于Cd2+的检测)(MolecularProbes，Invitrogen，Calsbad，CA，USA)[14]的荧光用488nm的激发光激发，选择合适的分色镜后，通过500～550nm的带通滤光片探测；叶绿体自发荧光的激发波长为488nm，使用650nm的长通滤光片接收。物镜为100倍的油镜。图片使用Zeiss Rel3软件处理。将叶片和提取好的原生质体悬浮于细胞培养皿(悬浮浓度2×105原生质体/mL)并用荧光染料孵育染色后，置于黑暗处20min，然后用50μmol/L CdCl2溶液处理2h，置于共聚焦显微镜下观察。
流式细胞技术分析活性氧的变化
提取的原生质体经W5反复洗涤三次后，加入荧光染料2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酯(2′,7′-dichlorodihydrofluorescein diacetate，H2DCFDA)(终浓度为5mmol/L)，于黑暗中静置染色10～15min，再加入50μmol/L CdCl
2
溶液处理不同的时间，用流式细胞仪FACSCanto Ⅱcytofluorimeter(Becton Dickinson，Mountain View，CA，USA)观察活性氧的变化。激发波长为488nm。
RNA的提取及半定量RT-PCR
选取3周大小的拟南芥植株，用CdCl
2处理一定时间后提取总RNA，然后根据其OD
260
确定RNA浓度。根据说明书The SuperScriptⅡFirst-Strand Synthesis System for RT-PCR (Invitrogen)反转录合成第一链cDNA后，进行半定量RT-PCR实验[15]。引物设计见表1。
Gene Primer sequence Fragment length(bp)
ACTIN PR1 PR25'-AACGATTCCTGGACCTGCCTCATCATACTC-3'
5'-AGAGATTCAGATGCCCAGAAGTCTTGTTCC-3'
5'-CGTCTTTGTAGCTCTTGTAGGTGCTCTTGTTC-3'
5'-GTATGGCTTCTCGTTCACATAATTCCCACGAG-3'
5'-ATGTCTGAATCAAGGAGCTTAGCCTCACCACC-3'
5'-GTTGAAATTAACTTCATACTTAGACTGTCGATCTGG-3'
353
451
1017
表1文章中用到的引物序列
Table1The primers used in this paper
数据分析
结果为重复三次的实验数据，采用Microcal Origin 6.0绘图软件和SPSS11.5统计分析软件进行数据分析。
结果与分析
镉胁迫对拟南芥生长及其叶绿素荧光参数的影响
50μmol/L CdCl2对野生型拟南芥植株生长及其叶绿素荧光参数的影响如图1所示。678
ACTA BIOPHYSICA SINICA｜Vol.27No.8｜Aug.2011
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高浓度的Cd 2+造成植物生长受阻，并表现出植株生长缓慢、植株矮小、叶片褪绿等中
毒症状，严重影响作物产量与质量，甚至会导致植物的死亡[11]。分别用50μmol/L 的CdCl 2
溶液浇灌处理拟南芥植株5、10和15d ，最后同时采撷样品进行实验观察，发现处理不同
时间的拟南芥，其地上部分及根长都有很大的差异。从图中可以明显看出，进行CdCl 2处
理后，虽然是在营养土中生长相同的时间后取材，但处理5和10d 的植株与对照相比，其
根长和地上部分的生长均受到抑制。随着作用时间的延长，植物根的生长受到显著抑制，
叶片生长缓慢且逐渐变黄(图1A )。很显然，CdCl 2溶液处理对拟南芥的生长有非常强的负
面效应。
其次，CdCl 2胁迫后，荧光参数F v/F m 显著降低，F o 上升，而NPQ 呈现出先上升后下
降的趋势(图1B ～D )。F v/F m 表示PS Ⅱ的最大光化学量子产量，即PS Ⅱ的原初光能转换效
率，被用作表征环境胁迫程度的指标和探针[16]。经过15d 的CdCl 2处理，F v/F m 从0.806±
0.006下降到0.727±0.007(P <0.05)，图1C 表明，Cd 2+使PS Ⅱ反应中心受损，抑制光合作用
的原初反应，阻碍光合电子传递的过程。而PS Ⅱ失活或被破坏，则导致初始荧光F o 的升
高，F o 是PS Ⅱ全部开放时的荧光水平[17]。NPQ 即非光化学淬灭，反映的是PS Ⅱ吸收的光
能不能用于光合电子传递、而以热的形式耗散掉的部分[18,19]。CdCl 2分别处理0、5和15d
时，NPQ 先上升后逐渐下降(0.483±0.002→0.497±0.002→0.472±0.001)(图1D )。
非光化学淬679
ACTA BIOPHYSICA SINICA ｜Vol.27No.8｜Aug.2011
在野生型拟南芥中，Cd 2+和ROS 的测定结果如图2所示。
680
表2镉胁迫的拟南芥鲜重、干重和根长的测定结果
Table2Detection of fresh weight,dry weight and root length under the treatment of CdCl2
Group
Wild type atg2
Fresh weight Dry weight Root length Fresh weight Dry weight Root length
15d Control 5d CdCl2 10d CdCl2 15d CdCl20.72±0.01
0.58±0.05
0.35±0.07
0.24±0.04
0.056±0.007
0.034±0.001
0.028±0.006
0.017±0.005
2.61±0.18
2.04±0.33
1.56±0.21
1.32±0.30
0.71±0.05
0.46±0.03
0.21±0.16
0.18±0.16
0.043±0.003
0.029±0.005
0.026±0.007
0.019±0.003
2.31±0.25
1.75±0.19
1.32±0.25
0.96±0.17
色荧光基本不变。上述结果说明，随着CdCl
2
处理时间的延长，细胞内的Cd2+是不断累积的。但是，细胞结构破损后，绿色荧光基本不再改变(图2A)，说明细胞内Cd2+的累积可能与细胞的完整性有关。同时，Cd2+还会诱导细胞内ROS的产生和积累。
适量的ROS可诱导植物逆境响应信号的转导，从而使植物避免逆境伤害，但过量的ROS会直接造成DNA损伤和细胞死亡。关于这一点，我们以前已有报道[11]。如图2B所
示，通过流式细胞技术，我们也得出同样的结论。伴随CdCl
2
处理时间的延长，二氯荧光素(dichlorofluorescein，DCF)的荧光强度逐渐上升，但是处理后的前30min，处理组和对
照组的DCF荧光强度并没有明显差异。经90min CdCl
2
处理的原生质体，其DCF荧光强
度大约是对照组的10倍，而不经CdCl
2处理的原生质体并没有大量ROS的产生。当CdCl
2
处理时间为110和120min时，细胞内DCF荧光强度的比值变化不大，分别为78.9%和
79.3%(P<0.05)。可以推测，Cd2+诱导的ROS的累积可能参与了Cd2+诱导的植物生长的异
常。ROS的过量积累，很可能是造成拟南芥根的生长受抑制，以及植株矮小且叶片逐渐变
黄的主要原因之一。
镉胁迫初期拟南芥的抗镉机制——
—自噬的发生
镉胁迫下的野生型和atg2突变体中，干重、鲜重和根长的测定值见表2，自噬结构的
测定结果如图3所示。
镉胁迫对植物的生长有一定的影响作用。我们用野生型拟南芥和突变体atg2拟南芥为
材料，进行干重、鲜重和根长的测定(表2)。与对照组相比，用50μmol/L CdCl
2
溶液浇灌
处理的植株，其鲜重、干重和根长都随着处理时间的延长而减少，说明50μmol/L的CdCl
2
对拟南芥的生长有抑制作用。实验还发现，当CdCl
2
处理相同时间时，突变体atg2拟南芥
受胁迫程度较野生型拟南芥更严重。我们推测可能与植物本身的基因有关。其次，我们以
前的文章[11]已报道，镉胁迫可引起细胞死亡。目前，自噬性死亡途径是研究的热点，于是，
我们观察了镉胁迫初期自噬体的产生情况(图3A)。自噬广泛存在于正常的生理过程中，是
以细胞质空泡化为特征的溶酶体依赖性的降解途径，如清除细胞废物、结构重建、生长分
化等，同时又是细胞对不良环境的一种防御机制，如对抗营养缺乏、电离辐射等。但是，
681
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ACTA BIOPHYSICA SINICA ｜Vol.27No.8｜Aug.2011
图4在镉胁迫下，野生型(WT)和atg2突变体中基因表达
变化的测定
50μmol/L CdCl 2处理3周大小的拟南芥1、2和3h 后，提取总RNA 进行半定量RT-PCR 的实验结果Fig.4
The change of gene expression in wild type (WT)and the mutant atg2Arabidopsis under CdCl 2
stress The 3-week-old healthy WT and atg2Arabidopsis
thaliana plants were soaked in 50μmol/L CdCl 2for 1,2
and 3h respectively,then extracted total RNA for semi-
quantitative RT-PCR
图3镉胁迫下野生型(WT)和atg2突变体中自噬结构的测定(A)野生型和atg2突变体中，应用LTG 染料对
CdCl 2诱导的自噬结构的测定。CdCl 2处理野生型和atg2突变体2h 后，薄壁组织细胞中LTG 标记的自噬结构。
LTG 绿色荧光与叶绿体红色荧光相叠合。标尺为50μm 。图片是典型的实验图。(B)野生型和atg2突变体中自噬
结构的测定。实验数据都是3组重复实验的平均值
Fig.3Autophagosome-related structures in wild type (WT)and atg2Arabidopsis
under
CdCl 2stress
(A)Autophagy induction in Cd-stressed Arabidopsis .LysoTracker Green (LTG)staining of autophagosomal-like
structures in leaves of WT plants and atg2plants.LTG-derived fluorescence was apparent in palisade parenchyma
cells after 2h Cd-stressed WT and atg2leaves.Green channel images of LTG-derived fluorescence are
superimposed with red autofluorescence of chloroplasts.Scale bars =50μm.Pictures represent typical example.
(B)Detection of autophagosome-related structures in WT and atg2Arabidopsis under CdCl 2stress.Each value is
the mean ±SD of three replicates 无论是自噬过度还是自噬不足，都可能导致细胞生长不正常[20]。当50μmol/L CdCl 2浸泡植
物叶片2h 时，野生型拟南芥中有大量自噬小体出现，而自噬缺失突变体atg2中则没有(图
3A )。数据分析显示，经CdCl 2处理后，野生型拟南芥的自噬小体数与对照相比明显增加，
而atg2突变体则无明显变化(图3B )，说明在镉胁迫下，植物干重、鲜重和根长的变化可能
与自噬的发生有关。拟南芥受镉胁迫的初期，野生型拟南芥可以通过自噬来抵抗Cd 2+的毒
害作用，而突变体atg2则不会发生自噬，所以其生长受到的抑制较野生型拟南芥严重。
镉胁迫对拟南芥抗性相关基因表达的影响
在镉胁迫下，野生型和atg2突变体中基因表达的变化情况如图4所示。
682
的抗性[23]。因此，我们对PR1和PR2基因的表达进行了分析。实验结果表明，与对照组相
浸泡处理2h后，野生型和atg2拟南芥的PR1和PR2均有明显的增
比，50μmol/L的CdCl
2
加，且在野生型拟南芥中表达更为显著(图4)。由于PR基因表达的增强，可能使得野生型
拟南芥对重金属镉的耐性增强，说明基因表达与植物对重金属的抵抗能力有关。在野生型
拟南芥植株中，PR1和PR2的表达随处理时间的延长而增强；而在突变体atg2中，PR1和
PR2的表达在CdCl2处理2h时增强，但是继续延长处理时间，PR1和PR2的表达又降低。
浸泡处理，对atg2突变体造成的损伤比较严重，其基因表达受到
说明50μmol/L的CdCl
2
对野生型拟南芥的毒害作用比较弱。我们推测，以上结果的出现可能
严重影响，而CdCl
2
与自噬的发生有关。突变体atg2由于缺少ATG2基因而使得自噬无法正常进行，从而减弱
对外界胁迫的抵抗能力。
讨论
叶绿素荧光与光合作用中的各个反应过程紧密相关，是研究植物光合生理状况及植物
与逆境胁迫关系的理想探针[24]，对其的观测可作为分析植物光合功能的重要手段，逆境对
光合作用过程的影响可通过体内叶绿素荧光诱导动力学变化反映出来。通过对各种荧光参
数的分析，可以得到有关光能利用途径的信息。叶绿素荧光法具有简单、快速、准确的优
点[25]。F o的增加(图1B)可能是由于拟南芥叶片的PSⅡ反应中心出现了可逆的失活或不易
逆转的破坏。F v/F m反映了PSⅡ的原初光能转化效率，是最常使用的参数，在正常生理状
态下，F v/F m比较稳定，但植物受到胁迫后，F v/F m将下降，因此，它是说明植物生长环境
良好与否的一个重要参数[18]，并可在植物受到胁迫较短的时间内反映出外界胁迫对光合机
构的伤害。F v/F m有明显下降，说明在镉胁迫下，开放的PSⅡ反应中心数量减少，关闭的
反应中心增多，从而使拟南芥的光合活性下降(图1C)。NPQ反映的是PSⅡ天线色素吸收
的、不能用于光合电子传递而以热形式耗散掉的光能部分，这是一种自我保护机制，对光
合机构起一定的保护作用。本实验中，Cd2+使拟南芥的NPQ最终下降，说明Cd2+的累积浓
度超过拟南芥的耐受能力，使得热耗散系统受到了不可逆的损伤，因而无法通过热耗散来
减轻植物受到的伤害(图1D)。我们推测，NPQ的增加主要是因为SOD等保护酶的活性受
到抑制，当酶促活性氧系统不足以清除植物体内的大量ROS时，ROS分子便开始攻击光反
应中心，光合色素分解加快，反应中心色素分子数量减少，光能吸收降低，NP Q上升，引
起光化学效率的下降，对拟南芥本身是一种保护作用。随后，NPQ又开始下降，说明Cd2+
的累积浓度超过拟南芥的耐受能力，植物受损程度增强。综合以上，我们得出结论：提高
非光化学淬灭，耗散过剩能量，可以避免光合机构遭到破坏。
自噬是广泛存在于真核细胞内的一种溶酶体依赖性的降解途径，在饥饿环境条件下，
可以调节细胞内蛋白质和细胞器降解的过程，通过平衡细胞合成和分解代谢来稳定细胞内
683
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有研究表明，植物受到病原菌和外源胁迫时，会发生基因表达的变化，从而导致特殊蛋白质的合成。大部分可诱导的蛋白质是PR家族蛋白，当植物受到病原菌侵染或非生物胁迫时，这类蛋白会在体内大量诱导表达或累积[30]。PR家族蛋白的诱导也是重金属胁迫的典型特征之一。PR1超表达的植株，除了对细菌性病原体等生物胁迫有防御反应外，还对重金属(如Cd2+和Hg2+)有较强的抗性[23]。我们的实验也表明，在野生型拟南芥中，PR基因表达增强，使植物抵抗重金属胁迫的抗性增加(图4)，而atg2突变体由于不能发生自噬，缺少一道防线，因而容易受到重金属胁迫。
本实验发现，在植物受Cd2+毒害的过程中，ROS的累积和Cd2+的聚集是时间依赖的，随着CdCl
2
处理时间的延长，ROS和Cd2+不断增加。Cd2+毒害导致植物生长受阻，产生大量的ROS，影响植物的光合作用。我们在实验中还发现，镉胁迫初期，植物会发生自噬并诱导特定蛋白的表达。在胁迫初期，自噬作为细胞的一种防御机制，对细胞的生存起着积极的作用，PR基因表达的增强对植物抵抗重金属胁迫也有正面效应。但是，植物通过自噬抵抗镉胁迫的具体机制目前还不清楚，有待于我们进一步研究证实。
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https://www.doczj.com/doc/105605302.html,｜ACTA BIOPHYSICA SINICA
GAO Ling1,2*,ZHANG Weina2,4*,CHEN Wenli2,3
1.College of Life Science,Qingdao Agricultural University,Qingdao,Shandong266109,China;
2．MOE Key Laboratory of Laser Life Science,South China Normal University,Guangzhou510631,China;
3．College of Life Science,South China Normal University,Guangdong Key Lab of Biotechnology for Plant Development, Guangzhou510631,China;
4.Guangdong Academy of Agricultural Sciences,Guangzhou510640,China
This work was supported by grants from the Program for Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University (IRT0829),the Chinese Science and Technology Foundation of Guangdong Province(2007A020300008-6),the opening project of MOE Key Laboratory of Laser Life Science,South China Normal University
Received:Mar23,2011Accepted:Apr29,2011
Corresponding author:CHEN Wenli,Tel:+86(20)85211436-8512,E-mail:chenwl@https://www.doczj.com/doc/105605302.html,
*These authors contributed equally to this work
Abstract:Cadmium(Cd),a strongly phytotoxic heavy metal,inhibits plant growth and even leads to plant death.In order to study the toxicity of Cd2+to photosynthesis,accumulation of reactive oxygen species (ROS),autophagy and expression of pathogenesis-related protein(PR)were investigated using chlorophyll fluorescence,flow cytometry,laser confocal scan microscopy and semi-quantitative RT-PCR technology.Data showed that Cd2+could result in accumulation of ROS and Cd2+.Autophagy and enhanced PR gene expression during early stage of Cd-stress were found.Above all,when Arabidopsis seedlings encountered the outside stress,they would protect themselves by autophagy and enhanced PR gene expression. However,with the processing time of Cd2+treatment,a lot of ROS and Cd2+accumulated in cells were detected.The inhibition of growth even injury to photosynthesis would be followed when the plants were unable to self-protect through autophagy.
Key Words:Cadmium;Reactive oxygen species;Autophagy;Chlorophyll fluorescence;Flow cytometry DOI:10.3724/SP.J.1260.2011.00676
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ACTA BIOPHYSICA SINICA｜Vol.27No.8｜Aug.2011
环境生物无机化学论文 班级：环科一班 姓名：黄 * * 学号：20080340*** 指导老师：张 * *
重金属镉污染对水稻生理生态效应的研究进展 摘要:重金属镉是植物生长的非必需元素, 它具有很大的生物毒性, 与其它重金属相比, 更易被植物吸收积累。在参考大量文献资料的基础上, 综述了镉( Cd)毒害引起水稻的部分生理生化特性, 以及镉在水稻体内的吸收、分布和转运积累动态, 并讨论了生产低镉或无镉污染的水稻途径。 关键词:镉污染; 水稻; 生理生化; 效应 前言：工业“三废”的大量排放和不合理处置以及大量肥料的施用是导致土壤镉污染的主要原因, 镉因其在土壤中的高度移动性和对作物的高度毒害性, 被视为重金属中最具有危害性的一种污染元素。水稻作为我国重要的农作物, 在整个国民经济和社会安定中起着重要作用。镉污染不仅影响其生长发育, 导致产量下降, 更为重要的是重金属在水稻体内大量积累, 并沿着食物链进入人类, 最终危害人类身体健康。因此其产量和品质直接影响着人类饮食水平的提高, 这就迫切要求我们对水稻中的镉有充分的了解。 1 镉对水稻生理生化特性及种子萌发的影响 1.1 镉胁迫对水稻抗氧化类酶活性的影响 在重金属镉的胁迫下, 水稻通常会产生高活性的氧自由基(ROS) , ROS 与细胞膜系统、脂类、蛋白质和核酸等生物大分子发生连锁式反应, 使细胞结构遭到强烈破坏。由于镉对细胞结构的伤害, 破坏了胞内外酶及催化作用的原有区域, 还可能直接占据某些酶活性中心, 使酶活性受到影响。 植物体内的SOD、POD和CAT是活性氧自由基清除系统中的重要保护酶之一。在外来胁迫初期, 植物体内的活性氧清除系统被激活, 其产生的作用超过了活性氧对植物的损伤作用, 表现为镉胁迫初期对种子萌发及植物幼苗苗长有一个低浓度下的刺激效应。但是随着镉浓度的增加和胁迫时间的延长, 保护酶系统逐渐被抑制, 抗氧化酶系统内多种酶之间的活性比不平衡, 细胞内多种功能膜被破坏, 表现为生理代谢紊乱, 直至细胞凋亡。 1.2 镉离子胁迫对水稻光合作用和叶绿素的影响 镉对光合作用和叶绿素也有不同程度的影响。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素之一。有关研究发现镉胁迫下, 叶绿素( a, b) 减少, 类囊体中的叶肉细胞明显减少, 叶片氧呼出效率降低, 光合作用Ⅱ系统被钝化等。当土壤中的Cd 浓度高到一定含量时, 水稻会出现受害症状,表现为叶片失绿, 出现褐色斑点与条纹, 严重影响光合作用。重金属离子能与酶活性中心或蛋白质中的巯基结合, 能取代金属蛋白中的必需元素, 导致生物大分子构象改变、酶活性丧失, 抑制了原叶绿素酸酯还原酶活性而引起叶绿素含量的下降, 引起植株失绿。同时，镉毒害使水稻吸收的元素减少, 阻碍叶绿素形成及其含量增加, 导致叶绿素含量下降,
镉污染与职业性镉中毒 镉中毒以环境污染与职业中毒两种形式危害人体健康,由于目前现代医学对慢性镉中毒还没有特效治疗手段,所以企业与地方政府必须做好建设项目职业病危害预评价与环境预评价工作,防患于未然。 据新华网报道,2012年1月7日广西河池市龙江河出现许多死鱼,随后当地民众告知环保部门。1月15日,河池市环环保部门检测到龙江河镉严重超标,镉浓度超标80倍。此次事件严重影响沿江居民和下游广西柳州市370万人的饮水安全。事发后,广西官方采取措施降低污染影响,向江中投放聚合氯化铝等稀释污染水体,力保柳州和下游水源安全。这次镉污染事件涉案企业是金城江立德粉材料厂,该厂将污水直接排放,该厂涉嫌违法的6名责任人被刑拘。 污染环境与危害健康的镉污染 类似广西河池的镉污染事件在我国也曾多次发生过。据《新京报》等媒体报道,2003年湖南省浏阳市镇头镇引进一家民营股份制化工企业——长沙湘和化工厂,主要生产粉状硫酸锌和颗粒状硫酸锌,2004年4月,这家企业未经审批建设了一条炼铟生产线。此后不久,当地村民反映厂区周围树林大片枯死,部分村民相继出现全身无力、头晕、胸
闷、关节疼痛等症状。有关机构对周边群众进行体检,截止到2009年7月31日,在2888人中发现尿镉超标509人。当地环境监测部门调查结果显示,湘和化工厂厂区为镉严重污染区,周边500m范围内的土壤已经受到明显的镉污染,厂区周边500~1200m范围属轻度污染区,土壤镉含量随着厂区距离的增加呈现明显梯度递减。当地干部、群众痛心地说,“建起一个厂,毁了一个村”。当时,这一镉污染事件导致浏阳数千群众上街游行抗议。当地政府有关部门经调查取证,将造成污染的湘和化工厂永久关闭,湘和化工厂法人代表被刑事拘留,浏阳市环保局局长和分管副局长被停职,相关责任人在接受调查。 镉污染事件在其他国家的工业化进程中也曾发生过。1931年,位于日本中部的富山县出现了一种怪病,患者大多是妇女,表现为手、脚、腰部等关节疼痛。病症持续几年后,患者会发生全身疼痛现象,行动困难,甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦。随着病情发展,患者骨骼软化、萎缩,四肢弯曲,脊柱变形,骨质松脆,就连咳嗽都能引起骨折;患者疼痛难忍,常常大叫“痛死了!”“痛死了!”由此得名“痛痛病”。1946—1960年,日本医学界从事临床、病理、流行病学、动物实验和分析化学的人员经过长期研究后发现,“ 痛痛病”是由于神通川上游的神冈矿山废水引起的镉中毒所造成。 “痛痛病” 引起日本及世界各国重视。人们由此意识到镉的危害。在我国,近年来屡屡发生的慢性镉中毒事件,正在以环境污染和职业中
镉毒害对水稻生理生态效应的研究进展
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环境生物无机化学论文 班级：环科一班 姓名：黄 * * 学号：20080340*** 指导老师：张 * *
重金属镉污染对水稻生理生态效应的研究进展 摘要:重金属镉是植物生长的非必需元素, 它具有很大的生物毒性, 与其它重金属相比, 更易被植物吸收积累。在参考大量文献资料的基础上, 综述了镉( Cd)毒害引起水稻的部分生理生化特性, 以及镉在水稻体内的吸收、分布和转运积累动态, 并讨论了生产低镉或无镉污染的水稻途径。 关键词:镉污染; 水稻; 生理生化; 效应 前言：工业“三废”的大量排放和不合理处置以及大量肥料的施用是导致土壤镉污染的主要原因, 镉因其在土壤中的高度移动性和对作物的高度毒害性, 被视为重金属中最具有危害性的一种污染元素。水稻作为我国重要的农作物, 在整个国民经济和社会安定中起着重要作用。镉污染不仅影响其生长发育, 导致产量下降, 更为重要的是重金属在水稻体内大量积累, 并沿着食物链进入人类, 最终危害人类身体健康。因此其产量和品质直接影响着人类饮食水平的提高, 这就迫切要求我们对水稻中的镉有充分的了解。 1 镉对水稻生理生化特性及种子萌发的影响 1.1 镉胁迫对水稻抗氧化类酶活性的影响 在重金属镉的胁迫下, 水稻通常会产生高活性的氧自由基(ROS) , ROS 与细胞膜系统、脂类、蛋白质和核酸等生物大分子发生连锁式反应, 使细胞结构遭到强烈破坏。由于镉对细胞结构的伤害, 破坏了胞内外酶及催化作用的原有区域, 还可能直接占据某些酶活性中心, 使酶活性受到影响。 植物体内的SOD、POD和CAT是活性氧自由基清除系统中的重要保护酶之一。在外来胁迫初期, 植物体内的活性氧清除系统被激活, 其产生的作用超过了活性氧对植物的损伤作用, 表现为镉胁迫初期对种子萌发及植物幼苗苗长有一个低浓度下的刺激效应。但是随着镉浓度的增加和胁迫时间的延长, 保护酶系统逐渐被抑制, 抗氧化酶系统内多种酶之间的活性比不平衡, 细胞内多种功能膜被破坏, 表现为生理代谢紊乱, 直至细胞凋亡。 1.2 镉离子胁迫对水稻光合作用和叶绿素的影响 镉对光合作用和叶绿素也有不同程度的影响。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素之一。有关研究发现镉胁迫下, 叶绿素( a, b) 减少, 类囊体中的叶肉细胞明显减少, 叶片氧呼出效率降低, 光合作用Ⅱ系统被钝化等。当土壤中的Cd 浓度高到一定含量时, 水稻会出现受害症状,表现为叶片失绿, 出现褐色斑点与条纹, 严重影响光合作用。重金属离子能与酶活性中心或蛋白质中的巯基结合, 能取代金属蛋白中的必需元素, 导致生物大分子构象改变、酶活性丧失, 抑制了原叶绿素酸酯还原酶活性而引起叶绿素含量的下降, 引起植株失绿。同时，镉毒害使水稻吸收的元素减少, 阻碍叶绿素形成及其含量增加, 导致叶绿素含量下降,
镉不是人体必需元素 伤害骨骼，导致免疫力下降 “由于镉不是人体必需的元素，镉过量人体会出现很多不良症状。”据朱高红主任介绍，通常镉中毒，人体会出现咽喉干痛、干咳、胸闷、呼吸困难、口内有金属味、头晕、全身乏力、关节酸痛、寒颤发热，严重者出现支气管肺炎、蛋白尿等。如长期接触，会导致肺水肿、肾损害；有致癌、致畸、致突变的可能性。 朱主任说：“镉确实会影响人的骨骼，导致骨软化、骨质疏松，影响人体的生长、发育，导致免疫力下降。”镉的危害，还不仅仅限于骨痛病，它还会导致细胞损伤和退行性变，促使动脉粥样硬化、高血压、冠心病、糖尿病的发生，肝组织坏死、干燥性鼻炎，萎缩性鼻炎。如果损害到中枢神经系统，还有可能出现脑损害，脑神经发育不良，记忆力下降，弱智等情况。因此，镉污染不容小视。 不偏食能获取人体需要元素 对抗镉吃含锌、铁、钙食物 金属元素在人体生命活动中虽然非常重要，但摄入过多反而会对人体产生危害。只要在日常生活中注意合理调节饮食结构，不偏食，就可以获得满足正常人体需要的金属元素。” 相信很多人对于人体金属元素的摄入，仅限于钙、铁、锌这几大类。“其实，人体正常需要吸收的金属元素还有很多，它们包括了镁、铜、硒、钠、钾、磷、铬、钴、锰、钼、碘、氟。” 朱主任介绍说：“比如镁元素就很重要。”缺镁会导致人体虚弱、精神错乱、高血压、抽搐、痉挛、心律不齐等问题，而坚果、豆类、谷类、海鲜、深色蔬菜、巧克力等都属于含镁较高的食物。 朱主任还表示：“平时可以多喝牛奶，多吃新鲜蔬菜水果。”慢性镉中毒会引起肾脏受损，因此膳食中应增加钙和磷酸盐的摄入，供给充足的锌和蛋白质。 【建议】多吃含锌、铁、钙丰富的食物可以对抗镉。 维生素C有利于排出重金属 绿叶蔬菜、高纤维食物要多吃 随着人类社会的发展，水、空气、土壤遭受的污染越来越严重，“大家只有多注意一些生活细节，才能避免遭受危害，”朱主任说。例如：尽量避开车多的马路和有烟雾的环境；做菜时，尽量去掉蔬菜最外层的叶子等。多吃含有有益矿物质的食物，比如坚果，能阻碍人体对有害重金属的吸收；多吃纤维含量高的食物，如燕麦、芹菜等，可以吸附重金属，减少其在体内的吸收度。 【建议】还需多吃绿叶蔬菜，这些绿叶蔬菜中含有大量的维生素C，能促进重金属的排出。
人体摄入镉有哪些危害？ 来源：科技日报作者：李颖 镉是一种重金属，长期积累将对人体的骨骼、肾脏造成危害，是对人体健康威胁最大的有害元素之一。新生儿体内几乎不含镉，人体中的镉几乎全部是出生后从食物和环境中蓄积的。 作为重金属，镉原本以化合物形式存在，与人类生活并不交会。但是工业革命释放了这个魔鬼。国外有研究推算，全球每年有2.2万吨镉进入土壤。而中国快速工业化过程中遍地开花的开矿等行为，使原本以化合物形式存在的镉、砷、汞等有害重金属释放到了自然界。这些有害重金属通过水流和空气，污染了中国相当大一部分土地，进而污染了稻米，再随之进入人体。 几年来，南京农业大学农业资源与生态环境研究所教授潘根兴和他的研究团队，在全国六个地区（华东、东北、华中、西南、华南和华北）县级以上市场随机采购大米样品91个，结果同样表明：10％左右的市售大米镉超标。多位学者表示，基于被污染稻田绝大多数不受限制地种植水稻的现实，10％的镉超标稻米基本反映当下中国的现实。更为严重的是，中国几乎没有关于重金属污染土地的种植规范，大量被污染土地仍在正常生产稻米。 镉的毒性具有累积效应 “长期接触大剂量的镉对人体组织和器官的危害是多方面的。”首都医科大学附属北京朝阳医院职业病与中毒医学科主任医师郝凤桐教授介绍说，镉吸收进入人体后，形成镉硫蛋白，通过血液到达全身，并有选择性地蓄积于肾脏、肝脏中，“肾脏可蓄积吸收量的1/3，是镉中毒的靶器官。” 郝凤桐透露，慢性镉中毒的初期症状为倦怠无力、头痛眩晕、鼻黏膜萎缩、咳嗽、胃痛和体重减轻。病情发展以后，患者会出现腰背及膝关节痛、牙齿上出现黄色的镉环、周身骨骼疼痛、骨质疏松、活动时刺痛加剧等症状，还会发生轻微外伤就可致骨折等。有些严重患者还出现肺气肿、呼吸功能下降、肾功能衰弱、肾结石、尿蛋白、肝脏损害和贫血等病症。 值得注意的是，你即使吃了几次镉大米也不会马上中毒。因为，镉污染造成的健康危害需要长期积累才会显现，在时间上具有滞后性。“也就是说，镉的毒性累积而损害人体的效应是长期的，即使停止了食用高镉大米，损害健康的状况依然会持续。这对在镉污染区自种水稻自食大米的农民而言，以及对一直吃高镉大米的城镇居民来说，尤需警惕。” 疑是中毒应做检测治疗
第20卷第3期2000年5月生 态 学 报ACT A ECOLOGICA SINICA V o l.20,N o.3M ay ,2000镉对植物的生理生态效应的研究进展 张金彪1,黄维南2 (1.福建农业大学,福州 350002;2.福建亚热带植物研究所,厦门 361006) 基金项目:国家自然科学基金资助项目 收稿日期:1998-10-30;修订日期:1999-10-22作者简介:张金彪(1964～ ),男,高级实验师。 摘要:综述了镉(Cd)在植物中的积累、分布、形态和植物对镉毒害的反应及影响镉毒性因素的研究进展,并指出存在的问题和发展前景。 关键词:镉;植物;生理生态效应 Advances on physiological and ecological effects of cadmium on plants ZHANG Jin-Biao 1,HUANG Wei-Nan 2 (Fuj ian A gr icultural Univ ersity ,F uzhou 350002,China ;2.F uj ian Institute o f S ubstrop ic al Botany ,X iamen 361006)Abstract :T his paper summar izes recent advances in the study o f the accum ulation,distr ibutio n,fo rms and to xicity ,mechanism of Cd in plants and fact or s effecting Cd tox icit y,and puts for w ard ex ist ing pro blems in the studies and dev elo ping pro pects in t he futur e. Key words :cadmium ;plant ;phy siolog ical and ecolog ical effect 文章编号:1000-0933(2000)03-0514-10 中图分类号:Q142,X171 文献标识码:A 随着采矿、冶炼以及Cd 处理等工业的发展,Cd 污染问题日益严重[1～4]。据调查日本受Cd 污染的农田有314750hm 2,我国11个灌区遭受Cd 污染的农田有12000hm 2[4],如沈阳张士灌区一闸严重污染区土壤的含Cd 量甚至达5～7mg/kg,米中含Cd 也达1～2mg /kg [2]。Cd 是危害植物生长发育最终影响人类,危害人体健康的有毒元素,是毒性最强的重金属元素之一,有关Cd 污染对植物引起危害的问题,已引起人们的高度重视,这方面的研究也日趋活跃[5～10],很多学者从不同侧面研究了Cd 对植物的生理生态效应,以期促进Cd 污染的理论研究和防治。虽然还存在一些问题有待进一步阐明,但这方面的研究已取得很大的进展。1 Cd 污染的来源 Cd 是一种稀有分散元素,未污染土壤中Cd 的主要来源于其成土的母质,一般在世界范围内,土壤中Cd 的含量范围为0.01～2mg /kg ,中值为0.35m g /kg [11],日本和英国土壤的背景值分别为0.413mg /kg 和0.62mg /kg ,中国土壤的背景值则只有0.097mg /kg ,以95%置信度的含量范围为0.017～0.33mg /kg [12];天然水中的含Cd 量为0.01～3L g /L ,中值为0.1L g /L [4],张立成[13]1992年报道,我国长江水源水的背景值为0.010～0.202L g/L ;大气中Cd 的平均含量为1～50pg /L ,欧洲为0.5～620pg /L ,北美为1～41pg /L ,南极上空则小于0.015pg /L ,北京西郊大气中含Cd 量一般为1～3pg /L ,个别最高点则达98pg /L [4];大多数植物含Cd 量在0～1.2mg /kg 之间[14],苔藓植物含Cd 量较高,在0.65～3.61mg/kg 之间,种间含Cd 量差异较大[4],在有Cd 污染的地区,植物中含Cd 量都可能偏高,植物受到Cd 污染主要是由“三废”所引起。 1.1 废气 工业废气是造成空气Cd 污染的主要来源。在偏远地区,空气中Cd 含量一般低于1.0pg /L 。但在工业区周围大气中Cd 浓度往往较高,在日本冶炼厂附近,在距厂100m ,400m ,500m 处,曾分别测得Cd 浓度为500,200,160～320pg /L [11],大气中的Cd 可以通过降雨或干沉降而进入土壤,有一部分则直接被植物叶片所吸收,造成污染,在有工业污染(包括燃煤)的地区,土壤和果树叶片都积累了大量的Cd [15,16],冶
Botanical Research 植物学研究, 2014, 3, 111-116 Published Online May 2014 in Hans. https://www.doczj.com/doc/105605302.html,/journal/br https://www.doczj.com/doc/105605302.html,/10.12677/br.2014.33016 The Current Research Progress on the Plant Response to Cadmium Enriched in Soil Qi Chen, Xiaorui Guo* Key Laboratory of Forest Plant Ecology, Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin Email: *xruiguo@https://www.doczj.com/doc/105605302.html, Received: Apr. 12th, 2014; revised: May 4th, 2014; accepted: May. 12th, 2014 Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/105605302.html,/licenses/by/4.0/ Abstract The heavy metal cadmium (Cd) enriched in soil is one of the most harmful pollution issues in the whole world. The most of the research related to plant response to Cd stress mainly focus on Cd stress alone, ignoring the question that multiple kinds of heavy metals including Copper (Cu), Zinc (Zn) frequently combined with Cd in soil in the natural environment. It has brought great difficul- ties in governance. Here, we combine the recent research reports from the aspect of Cd harm, the resistance of plant and the interaction with other metal elements under Cd stress to make a brief summary. Then, the development and prospect in heavy metal contamination of soil research were proposed. Keywords Cadmium Pollution, Tolerance, Bioremediation, Research Progress 植物对土壤中镉毒害的响应研究进展 陈琪，郭晓瑞* 东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，哈尔滨 Email: *xruiguo@https://www.doczj.com/doc/105605302.html, 收稿日期：2014年4月12日；修回日期：2014年5月4日；录用日期：2014年5月12日 *通讯作者。
重金属镉的毒性作用机制研究进展 环境科学11级龙家寰 2011021256 摘要：近年来，随着工业三废排放和污水污泥农用的增多，土壤镉污染问题日益严重，而土壤中过量的镉会对作物产生毒害，尤其是在可食部分的残留将会通过食物链危害人类的健康。本文综述了镉的危害，归纳了影响镉在土壤中的生物毒性的主要因素, 如土壤性质、复合污染及植物种类等。 关键词：镉，生物毒性机制，土壤镉污染 Abstract:In recent years,cadmium pollution of soil is increasingly serious with the growing of three industrial wastes and sewage sludge agricultural use. However,excessive cadmium pollution of soil can poison the crops,especially residual in the edible parts.And humans may be endangered by the poisoned crops through food chain.The review has summarized the harm of cadmium and conclude the main factors of the biotoxicity of the cadmium in soil,e.g.soil property, soil combined pollution of other heavy metal and floristics. Keywords:Cadmium,biotoxicity,Cadmium pollution of soil 随着现代工业的迅猛发展，环境污染对人体健康的影响日益严重，有关环境有毒物质对机体的毒性作用及其机制的研究受到普遍关注。镉作为一种重要的工业、环境污染物，因其对环境水、空气和土壤的污染而在动植物体内蓄，最终导致对人类健康的危害。镉的环境污染问题自20世纪20年代就已伴随锌的生产开始出现，但直到1968年在日本的富山县神通川流域出现了痛痛病之后，有关镉污染及其生物毒性问题才真正引起全世界的关注。镉污染问题已受到世界各国高度重视，美国毒性管理委员会(ATSRD)已把镉列为第六位危害人体健康的有毒物质（杨劲松，2006），联合国环境规划署(DNFP)也把镉列入重点研究的环境污染物，世界卫生组织(WTO)则将其作为优先研究的食品污染物。 1.重金属镉 镉位于周期系第II B族，是一种灰色而有光泽的金属，原子量为112.41，密度为 8.642g/cm3,镉的熔点为321.03℃，沸点为765℃，有延性和展性，可弯曲。镉的化合价为2，常温下镉在空气中会迅速失去光泽，表面上生成棕色氧化镉，可防止镉进一步氧化。镉不溶于水，能溶于硝酸、醋酸，在稀盐酸和稀硫酸中缓慢溶解。镉盐大多数为无色, 但硫化物为黄色或橙色。镉(Cd)是生物毒性最强的重金属元素，在环境中的化学活性强，移动性大，毒性持久，容易通过食物链的富集作用危及人类健康，对人体具有三致( 致病、致癌、致突变)作用，能诱发肾衰变、关节炎、癌症等病（Moreno C J,2000; Moriarty F,1999）。 有毒的镉化合物有: 醋酸镉, 硫酸镉, 硝酸镉, 氰化镉,氯化镉, 溴化镉, 碘化镉, 硫化镉, 氧化镉, 硒化镉, 邻氨基苯甲酸镉等。其中除硒化镉、硫化镉和氧化镉极微溶于水外, 其余都溶于水。土壤中的镉分为可溶性和非水溶性两大类，二者在一定条件下可相互转化。形态与其在植物体内迁移能力大小有关，其活性还与土壤的氧化还原环境有关（崔
镉污染与职业性镉中毒集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
镉污染与职业性镉中毒镉中毒以环境污染与职业中毒两种形式危害人体健康,由于目前现代医学对慢性镉中毒还没有特效治疗手段,所以企业与地方政府必须做好建设项目职业病危害预评价与环境预评价工作,防患于未然。 据新华网报道,2012年1月7日广西河池市龙江河出现许多死鱼,随后当地民众告知环保部门。1月15日,河池市环环保部门检测到龙江河镉严重超标,镉浓度超标80倍。此次事件严重影响沿江居民和下游广西柳州市370万人的饮水安全。事发后,广西官方采取措施降低污染影响,向江中投放聚合氯化铝等稀释污染水体,力保柳州和下游水源安全。这次镉污染事件涉案企业是金城江立德粉材料厂,该厂将污水直接排放,该厂涉嫌违法的6名责任人被刑拘。 污染环境与危害健康的镉污染 类似广西河池的镉污染事件在我国也曾多次发生过。据《新京报》等媒体报道,2003年湖南省浏阳市镇头镇引进一家民营股份制化工企业——长沙湘和化工厂,主要生产粉状硫酸锌和颗粒状硫酸锌,2004年4月,这家企业未经审批建设了一条炼铟生产线。此后不久,当地村民反映厂区周围树林大片枯死,部分村民相继出现全身无力、头晕、胸闷、关节疼痛等症状。有关机构对周边群众进行体检,截止到2009年7月31日,在2888
人中发现尿镉超标509人。当地环境监测部门调查结果显示,湘和化工厂厂区为镉严重污染区,周边500m范围内的土壤已经受到明显的镉污染,厂区周边500~1200m范围属轻度污染区,土壤镉含量随着厂区距离的增加呈现明显梯度递减。当地干部、群众痛心地说,“建起一个厂,毁了一个村”。当时,这一镉污染事件导致浏阳数千群众上街游行抗议。当地政府有关部门经调查取证,将造成污染的湘和化工厂永久关闭,湘和化工厂法人代表被刑事拘留,浏阳市环保局局长和分管副局长被停职,相关责任人在接受调查。 镉污染事件在其他国家的工业化进程中也曾发生过。1931年,位于日本中部的富山县出现了一种怪病,患者大多是妇女,表现为手、脚、腰部等关节疼痛。病症持续几年后,患者会发生全身疼痛现象,行动困难,甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦。随着病情发展,患者骨骼软化、萎缩,四肢弯曲,脊柱变形,骨质松脆,就连咳嗽都能引起骨折;患者疼痛难忍,常常大叫“痛死了!”“痛死了!”由此得名“痛痛病”。1946—1960年,日本医学界从事临床、病理、流行病学、动物实验和分析化学的人员经过长期研究后发现,“痛痛病”是由于神通川上游的神冈矿山废水引起的镉中毒所造成。 “痛痛病”引起日本及世界各国重视。人们由此意识到镉的危害。在我国,近年来屡屡发生的慢性镉中毒事件,正在以环境污染和职业中毒两种形式,危害着人们的健康。
收稿日期：2015-08-11作者简介：欧阳燕莎（1992－），女，硕士研究生，Email ：870881305@https://www.doczj.com/doc/105605302.html, 。*通信作者，Email ：lay8155@https://www.doczj.com/doc/105605302.html, 。基金项目：湖南省重点科技项目（15A091）。 镉对作物的影响及作物对镉毒害响应研究进展 欧阳燕莎，刘爱玉* ， 李瑞莲（湖南农业大学棉花研究所，长沙410128） 摘 要：镉污染已成为中国南方部分农田的重要问题，对农产品质量安全特别是粮食安全造成了严重影响。综述 了近年来镉污染对作物生长、生理特性及分子生物学等方面影响的研究进展，主要包括镉毒害对作物种子萌发、幼苗生长、酶活性、光合作用、矿质元素及在遗传损伤效应和蛋白基因表达的影响以及作物对镉的吸收、分配和积累等方面的响应规律，并提出了镉胁迫下作物研究的可能方向，以期为利用作物进行镉污染修复提供参考。关键词：作物；镉；毒害响应；生理特性；分子水平；修复中图分类号：X651；X131．3 文献标识码：A 文章编号：1001- 5280（2016）01-0105-06DOI ：10.16848/https://www.doczj.com/doc/105605302.html,ki.issn.1001-5280.2016.01.027 Ｒesearch Progress on Effects of Cadmium on Crops and the Ｒesponse of Crops to Cadmium OUYANG Yansha ，LIU Aiyu *，LI Ｒuilian （Institute of Cotton Science ，Hunan Agricultural University ，Changsha ，Hunan 410128，China ） Abstract ：Cadmium pollution has become an important problem in parts of farmland of south China ，which seriously affect-ed on the quality safety of agricultural products ，especially food security.Ｒesearch progress on effects of cadmium pollution on growth ，physiological characteristics and molecular biology of crops were summarized ，mainly including effects of cadmi-um toxicity on seed germination ，growth of crop seedlings ，enzyme activities ，photosynthesis ，mineral elements ，and genetic damage effect and protein gene expression ，and the response pattern of crops to cadmium absorption ，distribution and accu-mulation.And then the possible research directions on crop research under cadmium stress were put forward in order to provide reference for restoring of cadmium pollution used crops. Keywords ：crop ；cadmium ；toxicity effect ；physiological characteristics ；molecular level ；restoring 镉（Cadmium ， Cd ）污染是最严重的环境污染之一［1］ 。工农业生产的迅猛发展， 工业“三废（废水、废气和固体废弃物）”和城市垃圾排放量变大，农业 生产中施用化肥量增加，使土壤中镉含量呈不断上升的趋势 ［2］ 。我国有超过1.3?105km 2的农业土 壤被Cd 污染，每年有近1.46?105 t 的农产品受到 Cd 污染［3］。 与其他重金属相比， Cd 2+ 更容易被植物吸收积 累 ［4］ 。土壤镉污染越来越受到重视，在镉胁迫下对 植物种子萌发、幼苗生长、酶活性、光合作用等方面 的影响、镉在植物体内的分配与积累及其耐镉机理等方面的研究取得了重要进展，揭示了镉在植物中的分布规律及其对植物生长、发育的影响。笔者就近年来作物镉毒害进行综述，为今后更好的进行镉胁迫下作物的研究提出可能的方向，并为利用作物修复镉污染土壤提供参考。
镉对小鼠肝脏毒性作用的实验观察（综合设计实验） 镉对小鼠肝脏毒性作用的实验观察 一、实验研究依据实验目的与意义 肝脏是镉急性中毒损伤的主要靶器官之一。鼠急性中毒后，镉主要蓄积于肝脏。有文献报道，镉有很强的亲硫性。在肝脏中，镉易与 巯基结合从而诱导金属硫蛋白生成镉一硫蛋白【1】，因而金属硫蛋白对 急性镉中毒有应急保护作用【2】，但若镉在短期内大量转运到肝脏，便 导致肝内金属硫蛋白相对不足，不能与镉有效结合而引起肝功能障碍， 这可能是镉引起血清AST、ALT活性及MDA升高的原因之一。【3】有研究发现，染镉后，从外观上看，小鼠肝脏体积肿大，肝叶肿胀明显，肝叶间有粘连、边缘变钝，颜色紫黑，质地变硬。【3】镜下肝 实质细胞的肿胀、嗜酸性变、淋巴细胞浸润及核固缩等肝细胞损伤改 变。 本研究通过动物实验，了解镉对小鼠肝脏的毒性作用，并从氧化应激方面探讨其作用机制。 二、实验内容与方法 (1)、实验动物：健康成年清洁级昆明种小鼠40只，雌雄各半。 (2)、主要试剂与仪器： ●仪器：7230分光光度计；显徽镜；分析天平；SIGMA 2K15型冷冻高速 离心机； ●试剂：氯化镉(CdCI 2，A．R．)、HNO 3 -HClO 4 、蒸馏水、生理盐水
(3)、动物分组与染毒：体重18—25g的健康成年清洁级昆明种小鼠随机区组分 为4组，每组10只，雌雄各办临用前以生理盐水配制CdCI 2溶液，CdCI 2 染毒 剂量分别为0.5、 1.0、 2.0mg/kg，染毒组小鼠皮下注射氯化镉溶液(10ml／kg 体重)，对照组注射生理盐水(10ml／kg体重)，连续染毒三天。各组小鼠最后一次染毒24小时后摘眼球采血或断头取全血，4°下用3000r/min离心10分钟制备血清。小鼠处死后迅速摘出肝脏，生理盐水洗净、吸干、称重。血清用于AST、ALT生化指标测定，取部分肝脏用于SOD、MDA测定。 三、观察指标 1．AST、ALT活性的测定：AST、ALT检测试剂盒，比色法。 2．MDA测定采用：硫代巴比妥酸(TBA)法．以1,1,3,3—四乙氧基丙烷(TEP)为标准，单位以每克蛋白中与TBA反应物(TBARS)的μmol数表示。蛋 白质测定采用Lowry法，以小牛血清白蛋白为标准；MDA检测试剂盒，比色法。 3．SOD测定：SOD检测试剂盒，比色法。 4．肝重、体重、脏器系数：称重法。 5．肝匀浆蛋白质测定：考马氏亮蓝比色法 四、数据统计处理方法 各组检测指标计算均数、标准差，数据各组间比较采用F检验。 五、预期实验结果
抗病毒药作用机制及应用范围 当前全世界ＳＡＲＳ累计病例数超过７０００例，我国ＳＡＲＳ病例数超过５０００例。各地医疗机构的ＳＡＲＳ治疗方案中都考虑到了抗病毒疗法。国内外的研究已表明，ＳＡＲＳ的病原体主要是一种新型冠状病毒，而冠状病毒是ＲＮＡ病毒。但是我们注意到有的医院在ＳＡＲＳ治疗方案中，列入了像更昔洛韦和膦甲酸钠这样只对ＤＮＡ病毒有效的药物。这样不但会影响疗效，还可能出现不应有的毒性或副作用，而且也会造成药品资源的浪费。本文旨在简要介绍部分抗病毒药的作用机制及应用范围，供选择ＳＡＲＳ抗病毒治疗药物时参考。 1、核苷类似物抗病毒药 利巴韦林 利巴韦林（病毒唑）是一种合成的核苷类似物，它可抑制多种ＲＮＡ和ＤＮＡ病毒。其作用机制尚未完全确定，并且对不同的病毒作用机制相异。利巴韦林－５＇－单磷酸酯能阻断肌苷－５＇－单磷酸酯向黄嘌呤核苷－５＇－单磷酸酯的转化，并干扰鸟嘌呤核苷酸以及ＲＮＡ和ＤＮＡ的合成。利巴韦林－５＇－单磷酸酯在某些病毒，也抑制病毒特异性信息ＲＮＡ的加帽（ｃａｐｐｉｎｇ）过程。 此药在儿科主要用于治疗住院婴幼儿呼吸道合胞病毒（ＲＳＶ）肺炎和毛细支气管炎，用雾化吸入法给药。利巴韦林还被用于治疗青少年的副流感病毒和甲型及乙型流感病毒感染。口服利巴韦林治疗流感无效。但静脉或口服利巴韦林减低了拉沙热病人的病死率，特别是在发病６天以内用药时。另外，用静脉内利巴韦林治疗汉坦病毒引起的出血热肾病综合征和阿根廷出血热，有临床益处。而且已有人建议用口服利巴韦林方法预防刚果－克里米亚出血热。用干扰素与利巴韦林联合治疗慢性丙型肝炎病人，疗效显著优于单独用其中的任何一种药的疗效。上述这些病毒都是ＲＮＡ病毒。香港和加拿大的研究者已将利巴韦林用于治疗ＳＡＲＳ病人，并取得一定疗效，但加拿大研究者报告在一定比例病人引起溶血。 用大剂量口服利巴韦林治疗时，可出现对造血系统的毒性，包括溶血性贫血。利巴韦林有致突变性、致畸性和对胚胎的毒性，所以此药对妊娠妇女禁用；在用此药的病区，如医务人员中有妊娠者，有对胚胎发生毒性的危险。 阿糖腺苷 主要被用于治疗疱疹病毒属的病毒和乙肝病毒等ＤＮＡ病毒的感染；它通过抑制病毒ＤＮＡ聚合酶发挥抗病毒作用。其三磷酸酯水溶性差，需在大量液体中静滴，其单磷酸酯水溶性强，可作肌注。但其疗效有限、毒性作用相对大。 阿昔洛韦和伐昔洛韦阿昔洛韦（无环鸟苷）对若干疱疹病毒（均为ＤＮＡ病毒），包括单纯疱疹病毒１和２型（ＨＳＶ－１和－２）、水痘－带状疱疹病毒（ＺＶ）和ＥＢ病毒的复制有强烈的选择性抑制作用，但对人类巨细胞病毒感染的疗效相对差。伐昔洛韦（ｖａｌａｃｙｃｌｏｖｉｒ）是阿昔洛韦的左旋缬氨
2Chin J Ind Hyg Occup Dis,Febru ary1998,Vol.16,No.1 述 评 镉的毒性和毒理学研究进展 刘杰 镉(Cadmium)是一种重金属,它与氧、氯、硫等元素形成无机化合物分布于自然界中。镉对人体健康的危害主要来源于工农业生产所造成的环境污染。镉对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼及血液系统均可产生毒性,被美国毒物管理委员会(ATSDR)列为第6位危及人体健康的有毒物质。环境中的镉不能生物降解,随着工农业生产的发展,受污染环境中的镉含量也逐年上升。镉在体内的生物半衰期长达10～30年,为已知的最易在体内蓄积的毒物。镉在肾脏的一般蓄积量与中毒阈值很接近,安全系数很低。在60年代提出了镉污染与日本“痛痛病”的因果关系后,环境中的镉与健康关系的研究日益受到重视。近几年来,有关镉毒理学研究的文献每年超过600篇(Medline检索)。美国目前有大约100个关于镉与健康的研究课题,涉及各个领域。国内对镉的毒性和毒理学的研究开展得也比较广泛,其中一些在中毒机制方面作了较深入的探讨,有的学者甚至进行了长达十几年的研究。 镉的毒性和毒理学研究进展主要包括以下几个方面: 一、镉污染与人类健康 1.环境中的镉:对环境中镉污染的早期关注局限于锌、铜、铅矿的冶炼。后来注意力转为镉在工业中的应用,如电池、电镀、合金、油漆和塑料等工业。经过多年的努力,国内外对职业劳动中接触镉的卫生保护已大大加强。近年来,对环境中的镉通过食物链对一般人群的潜在危害已受到高度重视。随着含镉磷肥的施用、污水灌溉等,土壤中镉含量增加,继而被某些植物摄取而进入食物链。1997年国际地球生化学会在美国加州专门对此问题进行了讨论并出版了专著;国际环境科学委员会(SCOPE)则进一步将土壤中镉的来源、价态、食物链中的转化以及对一般人群健康的影响定为目前镉研究的一个重点方向。 2.镉的摄入及监测:职业人群镉暴露的主要途径是吸入。对作业场所空气中镉的浓度进行监测并控制在容许范围之内,是保护工人健康的一个重要手段。对一般人群来说,镉暴露主要来源于食物和吸烟。人们每日可从食物中摄镉30～50 g,但仅有1%～3%被肠胃吸收。因此,对镉的胃肠吸收、体内分布和排泄的影响因素一直是镉毒理学研究中的一个热点。其中,镉与金属硫蛋白(m etal-lothio nein,MT)的结合,及镉与锌、钙的相互作用是影响镉体内代谢动力学的重要因素。血镉的含量可用来评价近期的镉暴露,尿镉含量则在一定程度上反映了镉性肾损伤和体内的镉负荷。尿中的 2-微球蛋白和尿M T的含量已作为镉暴露的生物标志物。 二、镉的毒性研究进展 1.镉的肾毒性:肾损伤是慢性染镉对人体的主要危害。一般认为镉所致的肾损伤是不可逆的,目前尚无有效的疗法。很多学者认为:镉所致的肾损伤是由在肝脏形成的镉-金属硫蛋白(M T)复合物(CdM T)引起的。因此,一次性大量注射CdMT造成肾损伤的动物模型用来研究镉的肾毒性机制已达20年之久。最近,用删除了M T的转基因动物的实验结果表明:镉所致的肾损伤并不一定依赖于CdM T的形成,无机镉亦能直接造成肾脏损伤。一次性注射CdM T主要造成肾小管细胞的坏死,而慢性染镉造成的病理改变则波及整个肾脏,包括肾小球的损伤和肾间质的炎症。慢性染镉 作者单位:66160美国堪萨斯城,堪萨斯大学医学中心药理毒理系
镉污染的来源 20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加。相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染。污染源主要是铅锌矿，以及有色金属冶炼、电镀和用镉化合物做原料或触媒的工厂。镉对土壤的污染主要有气型和水型两种。气型污染主要来自工业废气。镉随废气扩散到工厂周围并自然沉降，蓄积于工厂周围的土壤中，可使土壤中的镉浓度达到40ppm。污染范围有的可达数千米。水型污染主要是铅锌矿的选矿废水和有关工业（电镀、碱性电池等）废水排入地面水或渗入地下水引起。 （1）突发性镉污染时，镉主要以溶解态形式存在，所占比例在60%以上； （2）通过对浊度的去除，现有工艺可以有效的去除吸附态镉，但对溶解态镉的去除效果有限，导致了在原水镉浓度＞0.022mg/L 时，现有工艺无法保证出水水质； （3）混凝剂种类对镉的去除影响不大，铁盐和铝盐对镉的去除效果相当；优选混凝剂投加量可以提高除镉效果，在投加20mg/LPAC 时，镉的去除率在85%左右； （4）化学沉淀技术对镉有良好的去除效果，但会导致出水浊度的增加，与强化混凝联用后，镉的去除效果进一步提高，在预调pH值至10，投加20 mg/LPAC 时，镉的去处率可达97.7%以上，最大可处理浓度提高至0.220mg/L~0.264mg/L。 镉污染的危害 大部分非职业性的镉暴露皆属慢性危害： (一)肾伤害与低分子量蛋白尿：就慢性危害而言，肾脏常是早期镉危害的标的器官。吸烟可再增加约 2 微克的镉吸收进入人体（以一天抽20根烟计算），而一般空气镉含量低（0.001-0.05 μg/m ）除非住在镉作业场所的附近，每天由空气的吸入量并不高。 (二) 对骨头的的危害：日本著名的痛痛病（Itai-itai disease）之特征就包括了骨质疏松、骨质疼痛及肾小管功能失调，其可能的机转是镉抑制了肾小管的功能造成维他命 D 制造不足而间接引起骨质疏松。 (三)对吸呼系统的危害：主要是镉作业场所工人的危害，一般民众很少发生，可导致慢性鼻炎、咽喉炎或慢性阻塞性肺气肿。 (四)对心血管系统的危害：虽然动物实验指出镉暴露会引起高血压，但针对污染区及非污染区的一些流行病学研究并未有很强的证据来支持这个论点。 (五)致癌性：针对镉污染作业场所的一些研究指出肺癌和前列腺癌的危险性增加，但一般非职业性暴露族群并没有类似的发现。