重金属富集植物的超积累机理研究进展

州学院　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＣｈｉｚｈｏｕ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　２００８年１０月第２２卷第５期　０ｃｔ．２００８　Ｖｏ１．２２　Ｎｏ．５　镉污染土壤的超积累植物研究进展　王红新　（池州学院资源环境与旅游系，安徽池州２４７０００）　【摘要】文章总结了污染条件下镉超积累植物的生长和富集镉的相关机理，并就镉污染土壤的植物修复研究做了展望：寻找、筛选更多　镉超积累集植物；锅富集相关基因识别和克隆；镉超积累植物应用研究以及镉超积累植物后处置与资源化技术开发等。　【关键词】镉；超积累植物；植物修复；土壤　【中圉分类号１Ｘ５０３　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１６７４—１　１０２（２００８）０５—００８９—０４　目前，我国受重金属污染的农田土壤约２　５　Ｘ　１０７ｈｍ２，每年被重金属污染的粮食多达１．２　Ｘ　１０７ｔｔ”。　如此大面积的污染土壤采用传统的物理和化学方　法均因经济或技术等原因难以实施，目前基本处于　未修复状态。由于ｃｄ污染在土壤环境中表现为具　有隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点，使得这种　重金属污染土壤的治理和修复成为亟需解决的现　实问题。对于具有经济高效、绿色净化和易于后续　处理等优点的植物修复技术，其关键是选育出对污　染元素有较强吸收能力的超积累植物（ｈｙｐｅｒａｃｃｕ—　ｍｕｌａｔｏｒ）。重金属超积累植物是特指在地上部能超　量积累一种或几种重金属的一类植物。利用超积累　植物的超量富集作用以去除污染土壤中超标重金　属的植物提取修复技术具有操作简单，经济上和技　术上能够大面积实施等优点，是一项十分有前途的　修复技术。尽管国际上报道的超积累植物的总数已　有几百种之多，但大多是Ｎｉ超积累植物，而且这些　超积累植物大多数处于保密状态，并且通过专利等　各种方式加以保护。具有我国自主知识产权的超积　累植物近年来虽有报道但数量较少，如Ａｓ超积累　植物蜈蚣草【２］和大叶井口边草［３ｊ；Ｚｎ超积累植物东　南景天　；ｃｄ超积累植物油菜［５１、宝山堇菜昀、龙葵网；　Ｐｂ超积累植物土荆芥嗣；Ｍｎ超积累植物商陆１９１，仅　为有限的几种，这与我国是一个植物资源十分丰富　的大国地位是十分不相称的。所以超积累植物的筛　选既是植物修复技术的基础研究，同时又具有非常　重要的现实意义。　１超积累植物超量富集重金属的机理　目前，有关超富集植物的衡量标准有３个：一　是临界含量标准，即植物茎或叶中重金属达到其临　界含量，其中ｃｄ为１００　ｍ＃ｋｓ【埘；二是富集系数标　准，即富集系数大于１．０，但有时甚至达５０—１００　ｍｇ／ｋｇｐ　；三是转移系数标准，即重金属在植物地上　部积累量大于其根部积累量【ｌ２】，同时还需要对它们　有一定的耐受能力。但是，这些已知的超富集植物　都不同程度存在着不能同时超量积累多种重金属、　生物量较小、生长缓慢，且在基因工程培育理想的　超富集植物方面进展也十分缓慢等缺点，从而影响　植物修复技术的有效性和广泛应用【ｌ３】。　超积累植物能分泌某些金属结合蛋白和某些　特殊有机酸来螯合重金属。一些单子叶植物在缺　Ｆｅ条件下能释放植物高铁载体，促进土壤Ｆｅ、ｚｎ、　Ｃｕ、Ｍｎ的溶解【ｌ４】。超积累植物也可能分泌金属结合　蛋白　廷似于金属硫蛋白或植物螯合肽）作为植物的　离子载体，还可能分泌某些化合物，促进土壤中金　属溶解。万敏等通过对不同镉积累类型小麦根际土　壤低分子量有机酸与镉生物积累的研究，证实了植　物可以通过分泌有机酸来复合或螯合溶解土壤中　的Ｃｄｔ阍。　超积累植物可以还原土壤中的重金属。在根细　胞质膜上的专一性金属还原酶作用下，土壤中高价　金属离子被还原，溶解性增加。一些植物在缺铁或　缺铜条件下，根系还原Ｆｅ　＋或Ｃｕ：＋能力增加，吸　收Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ的能力也增加【峋。此外，Ｆｅ／Ｍｎ水　合氧化物的吸附作用影响土壤中重金属的可移动　性，当这些氧化物被还原时，则导致吸附的重金属　释放【切。　收稿日期：２００８—０２—２８　作者简介：王红新（１９７９一），女，河北景县人，池州学院资源环境与旅游系讲师，在读博士研究生，主要从事土壤污染环境的生态修复研究。

超积累植物吸收重⾦属的⽣理及分⼦机制

超积累植物吸收重⾦属的⽣理及分⼦机制

杨肖娥,龙新宪,倪吾钟(浙江⼤学环境与资源学院农业化学研究所,浙江杭州310029)

摘要:超积累植物从根际吸收重⾦属,并将其转移和积累到地上部,这⼀过程包括跨根细胞质膜运输、从根表⽪细胞向中柱的横向运输、从根系的中柱薄壁细胞装载到⽊质部导管、⽊质部长途运输、从⽊质部卸载到叶细胞(跨叶细胞膜运输)、跨叶细胞的液泡膜运输等主要环节和调控位点。本⽂就近⼗年来这⽅⾯的研究进展作⼀综述。关键词:超积累植物;重⾦属;吸收中图分类号:Q942.5

⽂献标识码:A

⽂章编号:1008-505X(2002)01-0008-08Physiological and molecular mechanisms of heavy metal u ptake

by hyperaccu multing plants

Y ang Xiao -e,L ong Xin -xian,N i Wu -zhong

(Institute of Agr ic.Chem.,College of Natural R e sou.and Env ir.Sci.,Zhe j ia ng Univ .,H ang zhou 310029,China )

Abstract:The mechanisms of heavy metal hy peraccumulation in the leaf cells by the hyperaccumulating plant

species are not fully understood.Heavy metal transport from the rhizosphere to the shoots could be regulated at severaldifferent sites w ithin the plant.These processes include metal ion influx across root plasma membrane,transport w ithin theroot sym plasm,loading into xylem vessels in the stele of the root,long distance transloca -tion in the x ylem (and possiblyphloem ),transports across the leaf cell membrane and the leaf cell tonoplast,and storage in the vacuole.In this paper,recentadvances in understanding physiolog ical and molecular mechanisms of heavy metal absobtion,transport and accumulationby the hyperaccumulating plants w ere rev iew ed.Key words:hyperaccumulator;heavy metal;uptake 收稿⽇期:2000-10-31

西北植物学报2003,23(11):2021—2030ActaBot.Boreal.-Occident.Sin.

文章编号:1000-4025(2003)11-2021-10

植物重金属超富集机理研究进展X

郎明林1,3,张玉秀2,柴团耀1*

(1中国科学院研究生院生物系,北京100039;2中国矿业大学化学与环境工程学院,北京100083;3河北农业大学生命科学学

院,河北保定0710010)

摘　要:植物超富集重金属机理主要涉及植物对金属离子高的吸收、运输能力,区域化作用及螯合作用等方面,其

中跨膜运载蛋白的表达、调控对重金属超富集这一特性起了关键作用。金属阳离子运载蛋白家族主要包括CDF家

族、NRAMP家族和ZIP家族等,在超富集植物中已克隆出多个家族的金属运载蛋白基因,这些基因的过量表达对

重金属在细胞中的运输、分布和富集及提高植物的抗性方面发挥了重要作用。综述了近年来研究重金属超富集植

物吸收、转运和贮存Zn、Ni、Cd等重金属的生理和分子机制所取得的主要进展。

关键词:植物;重金属;超富集;基因;转运蛋白

中图分类号:Q945.12 文献标识码:A

Advancesinresearchofmechanismsofheavymetal

hyperaccumulationinplants

LANGMing-lin1,3,ZHANGYu-xiu2,CHAITuan-yao1

(1DepartmentofBiology,GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100039,China;2CollegeofChemicaland

EnevironmentalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083,China;3CollegeofLifeScience,Hebei

AgriculturalUniversity,Baoding,Hebei071000,China)

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 超富集植物吸收富集重金属的生理和

分子生物学机制3

李文学　陈同斌33

(中国科学院地理科学与资源研究所环境修复室,北京100101)

【摘要】　与普通植物相比,超富集植物在地上部富集大量重金属离子的情况下可以正常生长,其富集重金

属的机理已经成为当前植物逆境生理研究的热点领域.尤其是近两年,随着分子生物学等现代技术手段的

引入,关于重金属离子富集机理的研究取得了一定进展.通过与酵母突变株功能互补克隆到了多条编码微

量元素转运蛋白的全长cDNA;也从分子水平上研究了谷胱甘肽、植物螯合素、金属硫蛋白、有机酸或氨基

酸等含巯基物质与重金属富集之间的可能关系.本文从植物生理和分子生物学角度简要评述超富集植物

对重金属元素的吸收、富集、螯合及区室化的机制.

关键词　超富集植物　重金属　生理学机制　分子生物学机制

文章编号　1001-9332(2003)04-0627-05　中图分类号　X171.5　文献标识码　A

Physiologicalandmolecularbiologicalmechanismsofheavymetalabsorptionandaccumulationinhyperaccu2

mualtors.LIWenxue,CHENTongbin(LaboratoryofEnvironmentalRemediation,InstituteofGeographical

SciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China).2Chin.J.Ap2

pl.Ecol.,2003,14(4):627～631.

Incomparisonwithnormalplants,hyperaccumulatorshavetheabilitytoaccumulateheavymetalsintheirshoots