（细胞生物学专业论文）黑藻对水体cd、cu、zn污染的反应机制研究.pdf

学位论文独创性声明 本人郑重声明： l 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的自 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表 了谢意。 作者签名： i 鑫勤整 日期：2 0 0 4 - 3 一l l 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，等 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的哇 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许 论文进入学校图书馆被查阅：有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位 论文在解密后适用本规定。 作者签名签曼i ! 日期：2 0 0 4 3 一1 1 中文摘要 黑藻对水体c d 、c u 、z n 污染的反应机制研究+ 摘要：本文以全国分布广泛的沉水植物一黑藻为研究对象，以植物非必需金属 元素c d 和兼具营养和毒害的金属元素一c u 、z n 为胁迫因子，将黑藻培养在 人工模拟的含不同浓度的c d 、c u 、z n 污水中7 d ，系统研究了黑藻对水体c d 、 c u 、z n 污染的反应机制。从以下角度进行研究：( 1 ) 通过原子吸收光谱和x 一射线能谱仪研究了c d 、c u 、z n 在黑藻体内的富集：( 2 ) 通过原子吸收光谱 测定了不同亚细胞组份中c d 、c u 、z n 的含量；( 3 ) 用逐步提取法分析了c d 、 c u 、z n 在黑藻体内存在的化学形态：( 4 ) 用电感耦合等离子体原子发射光谱仪 ( i c p ) 钡0 定了c d 、c u 、z n 污染对黑藻吸收大量( p ，k ) 和微量营养元素( c a ， m g ，n a ，m n ，f e ，c u ，z n ) 的影响；( 5 ) c d 、c u 、z n 污染对黑藻体内活性 氧( 0 2 ) 产生的影响和抗氧化酶( s o d ，p o d ，c a t ) 的反应；( 6 ) c d 、c u 、 z n 污染后黑藻叶绿素含量和可溶性蛋白含量的变化；( 7 ) 通过激光共聚焦显微 镜观察了c d 、c u 、z n 污染后黑藻叶片自发荧光的变化；( 8 ) 通过扫描电子显 微镜和透射电子显微镜观察了c d 、c u 、z n 污染后黑藻叶细胞形态结构的变化： ( 9 ) 用改进的硫化物一银法研究了c d 、c u 、z n 在黑藻叶细胞中的亚显微定位 分布情况：( 1 0 ) 通过( n h 4 ) 2 s 0 4 分级沉淀，多次s e p h a d e xg 1 0 0 和g - - 7 5 凝 胶过滤层析从黑藻体内分离和纯化z n 结合蛋白。研究结果为：( 1 ) 水生植物通 常被认为能吸收和富集水体中的重金属，黑藻体内的c d 、c u 、z n 含量都随介 质中的金属浓度的增大而几乎呈线性增长趋势，统计分析都达到极显著正相关 ( r c d = 0 9 9 5 6 ，p o ，0 1 ”；r c 。= o 9 8 7 5 ，p 细胞器，c u 含量为细胞壁 细胞器 可溶性部分。显示出细胞壁在黑藻 国家自然科学基金( 3 9 7 7 0 0 4 6 ，3 0 3 7 0 0 8 3 ) ，教育部科学技术研究重点瑷”j 。 苏省教育厅自然科学基金( 0 3 k j b i s 0 0 6 2 ) ，江苏省重点实验室开放基金项l | - 套二 中文摘要 对c d 、c u 、z n 的吸收中占重要地位。( 3 ) c d 、c u 、z n 在黑藻体内以不同的 化学形态存在，c d 和z n 是以1 m 的n a c l 溶液提取态占优势，而c u 是以8 0 乙醇提取态最多。各结合形态的含量多少依次为：c d ： f n a o f n a c f w 毗e r f e t l l a 帅j f h c l f r e s i d u e ， c u ： f e m a n o i - f h c l f n a c l f l f h a c f r e s i d u e ，z n ：f n a c l f h a c f h cz f e 1 孤o j f r 训u c f w a t c r 。( 4 ) 黑藻对营养元素的 吸收受c d 、c u 、z n 污染的影响不同。其中，c d 、c u 、z n 都抑制了黑藻对大 量营养元素p 和k 的吸收，达到显著或极显著负相关。对微量营养元素而言： c d 促进了对c a 、m n 、f e 、c u 的吸收，对m g 和n a 的吸收都为先升后降：c u 和z n 都使黑藻对c a 和m n 吸收先升后降，都显著促进了对f e 的吸收。z n 还 增加了黑藻体内c u 的含量。而c u 则使黑藻体内z n 浓度下降。这表明c d 、c u 、 z n 污染后打破了黑藻体内外的离子平衡。( 5 ) c d 、c u 、z n 都不同程度的加快 了0 2 1 产生速率，统计分析发现都达到了极显著正相关( r c 。= o 9 8 4 1 ，p 0 0 1 ”； r c d - o 9 8 1 0 3 ，p 0 0 1 ”；r z n = o 9 5 3 4 ，p 0 0 1 ”) ：c u 使s o d 、p o d 、c a t 活 性下降：c d 也都减弱了s o d 和p o d 活性，而c a t 活性在o 5 5 m g l 处理浓 度时增加：z n 对s o d 活性也为抑制作用，当浓度为o 5 5 m g 1 时p o d 和c a t 活性都上升。灰色关联度分析结果表明c d 、c u 和z n 胁迫下黑藻起主要保护作 用的分别为p o d 、p o d 和c a t ，而s o d 最易受到影响。所以我们建议将s o d 作为沉水植物监测水体重金属污染的分子生态毒理学指标。( 6 ) c d 、c u 处理下 的叶绿素含量也都呈下降趋势，而0 ，5 5 m 1 的z n 浓度刺激了叶绿素合成。 所有z n 处理、o 5 m g i 的c u 处理和o 5 l m g l 的c d 处理的叶绿素a b 值都大 于对照值。除了各c u 处理浓度都使可溶性蛋白含量减少外，o 5 5 m g l 的z n 和o 5 l m g 1 的c d 都使其含量增加。( 7 ) c u 、z n 污染后黑藻叶自发荧光范围 变窄，峰值变小，平均强度减小。( 8 ) 扫描电镜和透射电镜观察发现，随污染 物浓度的增加，c d 、c u 、z n 对黑藻叶细胞形态结构都产生破坏作用，但损伤 程度不同，表现为：细胞壁扭曲，细胞变形；细胞核核仁解体，染色质凝集， 直至消失，核膜断裂；叶绿体类囊体膨胀，被膜破裂；线粒体嵴突数目减少， 线粒体呈空泡状；质壁分离，质膜断裂。( 9 ) 目前，硫化物一银法定位重金属 仅有对于动物材料的报道，本文则首次将其用于植物样品中研究。观察结果表 明c d 、c u 、z n 在黑藻叶细胞的细胞壁、叶绿体类囊体和细胞核核仁、染色质 等都有分布，此外液泡中还发现有c d 颗粒。这与其诱导的超微结构损伤有较 好的一致性。( 1 0 ) 逆境蛋白是目前研究的热点，本文初步研究结果显示出z n 2 中文摘要 处理后促进了黑藻体内原先不多的与z n 结合相关逆境蛋白的合成，其性质有待 进一步研究。综合起来，黑藻对c d 、c u 、z n 污染的反应是多方面的，c u 对黑 藻的毒害最大，致死浓度为0 5 l m g hc d 次之，致死浓度为：1 2 m g 1 ：z n 最弱，致死浓度为5 6 m g 1 。黑藻的c u 致死浓度已经达到国家环保总局制订 的地面水质量标准，可以将其作为监测水环境c u 污染的指示植物。 关键词：黑藻；重金属；污染；毒害，逆境蛋自 茎苎塑墨 r e s p o n s e o f h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ( l i n n ) r o y l e t oc d ，c u ，z ns t r e s s a b s t r a c t ：i nt h ep r e s e n ts t u d y , h y d r i l 肠v e r t i c i l l a t a ( l i r m ) r o y l e ，as u b m e r g e d m a c r o p h y t ew i d e l yd i s t r i b u t e di nc h i n aw a su s e d a se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l c d c u a n dz nw e r es e l e c t e da st h es f f e s sf a c t o r s ；t h ef o r m e ri su n e s s e n f i mh e a v ym e t a l e l e m e n t ，t h el a r e rt w oi o n s8 1 ee s s e n t i a le l e m e n t sf o rt h en o r m a ld e v e l o p m e n ta n d g r o w t h o fp l a n t s hv e r t i c i l l a t aw a sc u l t i v a t e di nw a t e r c o n t a i n i n g e l e v a t e d c o n c e n t r a t i o n so fc d ，c ua n dz n ( u pt o1 0m 鲋) f o r7du n d e rl a bc o n d i t i o na n d r e s p o n s eo f h av e r t i c i l l a t at oc d ，c ua n dz np o l l u t i o ni nw a t e rw e r es y s t e m i c a l l y s t u d i e df r o mt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ：( 1 ) t h eb i o c o n c e n t r a t i o no fc d ，c ua n dz ni nh a v e r t i c i l l a t aw e r ed e t e r m i n e db ya t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y ( a a s ) a n dx - r a y e n e r g ys p e c t r u ma n a l y s i s ；( 2 ) d i s t r i b u t i o no fc d ，c ua n dz ni nd i f f e r e n ts u b c e l l u l a r f r a c t i o nw a sm e a s u r e db ya a s ；( 3 ) t h ec d ，c ua n dz nc h e m i c a lf o r m si nl e a fc e i l w e r ea n m y z e d u s i n gs e q u e n t i a le x t r a c t i o n ；( 4 ) d e t e r m i n a t i o no f m a c r o n u t r i e n t s ( p k ) a n dm i c r o n u t r i e n t s ( c a ，m g ，n a ，m n ，f e ，c u ，z n ) i nhv e r t i c i l l a t ab yi n d u c t i v e l y c o u p l e dp l a s m a - a t o m i c e m i s s i o ns p e c t r o m e t r y ( i c p ) ；( 5 ) g e n e r a t i o no fa c t i v e o x y g e n ( 0 2 一) a n dr e s p o n s e o fa n t i o x i d a n t e n z y m e s ( s o d ，p o d ，c a t ) i nh v e r t i c i l l a t au n d e rc d ，c ua n dz ns t r e s sw e r e i n v e s t i g a t e d ；( 6 ) c h a n g e s o f c h l o r o p h y l la n ds o l u b l ep r o t e i nc o n t e n t si n - v e r t i c i l l a t aw e r es t u d i e d ；( 7 ) c h a n g e s o fa u t o - f l u o r e s c e n c ei n - v e r t i c i l l a t ai e a fu n d e rc d ，c ua n dz ns t r e s sw e r ea n a l y z e d b y l a s e rs c a n n i n gc o n f o c a lm i c r o s c o p e ( l s c m ) ；( 8 ) d a m a g e so fc d ，c ua n dz nt o m o r p h o l o g i c s t r u c t u r ea n du l t r a s t r u c t u r ew e r eo b s e r v e d b ys c a n n i n g a n d t r a n s m i s s i o ne l e c t i o nm i c r o s c o p e ；( 9 ) s u b c e l l u l a rd i s t r i b u t i o no fc d ，c ua n dz ni n l e a f c e l l sw a so b s e r v e db yam o d i f i e ds u l f i d e - s i l v e rm e t h o d ；( 1 0 ) z n - b i n d i n gp r o t e i n i nhv e r t i c i l l a t au n d e rz ns t r e s sw a si s o l a t e da n dp u r i f i e db yf r a c t i o n a lp r e c i p i t a t i o n w i t ha m m o n i u ms u l f a t ea n d g e tf i l t r a t i o no i ls e p h a d e x0 - 1 0 0a n dg 一7 5 t h er e s u l t s s h o w e dt h a t ：( 1 ) a q u a t i cp l a n t sa r ek n o w nt oa c c u m u l a t ea n db i o e o n c e n t r a t eh e a v y m e t a l s c o n t e n t so fc d c ua n dz ni n - zv e r t i c i l l a t aw e r en e a r l yi nl i n e a ri n c r e a s e w i t hr i s eo fm e t a lc o n c e n t r a t i o ni ns o l u t i o n ，s t a t i s t i c a la n a l y s i si n d i c a t e dt h a tt h e ya l l 4 茎塞塑矍 r e a c h e ds i g n i f i c a n t p o s i t i v el e v e l s ( r c d = 0 9 9 5 6 ，p o 0 1 ”；r c u ；o 9 8 7 5 ，p o r g a n e l l e s s o l u b l ef r a c t i o n w h i c hr e v e a l e dt h a t c e l lw a l l p l a y e d a n i m p o r t a n tr o l e i nt h ehv e r t i c i l l a t a a b s o r p t i o no fc d ，c ua n dz n ( 3 ) s e q u e n t i a l e x t r a c t i o ni n d i c a t e dt h a tt h er a t i oo fd i f f e r e n tc d ，c ua n dz nc h e m i c a lf o r m sw e r e d i f f e r e n tm a r k e d l y ，o fw h i c hn a c le x t r a c t a b l ec da n dz n ，e t h a n o le x t r a c t a b l ec u w e r ep r e d o m i n a t e da sc o m p a r e dw i t ht h eo t h e r5f o r m s ；w h i c hc o u l db es e e ni nt h e f o l l o w i n go r d e r ：f o rc d ：f n a o f h a c f w a t e r f e t ha r i o t f h c i f r e s j d u e ；f o rc u ：f e t h a n o p f 1 q c j f n a c i f 、v a t c r f h a c f r c s i d u e ；f o rz n ：f n a c i f h a c f h c l f e 【h a n o i f r e s i d u c f w a ”( 4 ) c d ，c ua n dz na f f e c t e dt h ec o n c e n t r a t i o no fn u t r i e n t e l e m e n t si nh v e r t i c i l l a t ad i f f e r e n t l y f o rm a c r o n u t r i e n t ，s u c ha spa n dk ，t h et h r e eh e a v ym e t a l sa l l i n h i b i t e di t s a b s o r p t i o na n da l l r e a c h e ds i g n i f i c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i t ht h e i n c r e a s eo fc o n c e n t r a t i o ni nt h em e d i a a sf o rm i c r o n u t r i e n t ，c da c c e l e r a t e dt h e a b s o r p t i o no f c a 、m n 、f e 、c u ，c o n t e n to f m g a n dn ai n c r e a s e df i r s ta n dd e c r e a s e d a f t e r w a r d s ；t h i si st h es a m ew i t ht h ee r i e c t so fc ua n dz no nc aa n dm n ，b o t hc u a n dz na l lp r o m o t e dt h e - l v e r t i c i l l a t a a b s o r p t i o no f f es i g n i f i c a n t l y c uc o n t e n ti n hv e r t i c i l l a t ae n h a n c e dw h e nt r e a t e d 、i t l lz n a n dz nc o n t e n ti nt - lv e r t i c i l l a t a d e c l i n e dw h e nt r e a t e dw i t hc u t h i ss u g g e s t e dt h a tt h eb a l a n c eo fi o ni nc e l lw a s b r o k e ( 5 ) c d ，c ua n dz na c c e l e r a t e dt h eg e n e r a t i o nr a t eo f0 2 。t oc e r t a i ne x t e n t ， t h e ya l lr e a c h e ds i g n i f i c a n tp o s i t i v el e v e l s ( r e 。= o 9 8 4 1 ，p 0 0 1 ”；1 d = 0 9 8 1 0 3 ， p c u p b ( 吴燕玉等，1 9 9 8 ) 。由水稻植株对5 种重金属吸收富集系数值，可以认为重金 属在水稻植株内的迁移能力为c d ，c r z n ，c u p b ( 莫争等，2 0 0 2 ) 。在不同营 养器官中，芦苇和玉米的根对c u 的生物浓缩因子( b i o c o n c e n t r a t i o nf a c t o r , b c f ) 比茎叶的高，芦苇的从6 1 2 1 5 9 2 不等，玉米的根的r c f 从3 4 9 增加到1 9 3 1 ( a l i 等，2 0 0 2 ) 。而复合污染情况下，c d ，z n ，c u ，c r 共存能够提高作物对 这几种重金属的吸收富集系数( 吴燕玉等，1 9 9 8 ) ，从而促进这些重金属元素在 作物体内的迁移。 根据传统理论，植物吸收的离子形态主要是非复合的自由离子( c h a n e y ， 1 9 8 8 ) ，植物对金属离子的吸收与离子在溶液中的游离态活度大小有关。植物对 重金属的吸收和吸收其他矿质养分一样，也包括非代谢吸收和代谢吸收两种， 其中非代谢吸收包括阳离子交换和扩散过程两种类型，阳离子交换是一个可逆 过程，如植物吸收的一部分c d 能被无c d 溶液从根表皮的细胞壁上解析下来， 另一部分则结合成不可逆的大分子( k a h l e 1 9 9 3 ) 。扩散过程主要负责c d 2 + 的 迁移，即c d 2 + 从细胞外穿过细胞壁进入细胞。代谢吸收是依靠能量逆着浓度差 进行的。不同植物的吸收机制不同，h a g e m e y e r ( 1 9 8 9 ) 观察到无叶柽柳对c d 的吸收以非代谢为主，代谢吸收也占重要位置。被吸收的c d 至少可分成自由 扩散部分、轻松吸收可交换部分、牢固键合部分和形成共质体( s y m p l a s m ) 部 分。c h l a m y d o m o n a sr e i h a r d t i i 对c d 的吸收可分为快和慢反应两步进行，快反 应在5 m i n 内完成，慢反应受环境温度和p ( c d 2 + ) 的影响( c o l l a r d ，1 9 9 4 ) 。s a l t 等( 1 9 9 5 ) 认为c d 2 + 和p b 2 + 通过被动运输进入细胞，而主动吸收也不能排除， 并且主动运输很明显与同膜转运蛋白和离子通道的其他金属竞争有关。同样， 植物对c u 的吸收过程也可分为慢速和快速反应两个阶段，当外界c u ”浓度很 低( 0 o l m g 1 ) 时，作物吸c u 很慢，其体内的c u 浓度也很低：当外源c u 浓度 1 0 前言与综述 增大时，吸c u 速度随之加快，组织中的c u 量迅速上升( f e m a d o ，1 9 9 2 ) 。影响 植物吸收重金属的因素很多，如低浓度下浮萍对c d 和c r 的吸收更快也更有效 ( u p a t h a m 等，2 0 0 2 ) 。水生植物中，c d 的有效性受到低p h 和高c a 2 十浓度的竞 争性抑制( p r a s a d ，1 9 9 5 ) 。铬的氧化态也控制着它在浮萍体内的积累，其中， c r ( i i i ) 积累少，而c r ( v i ) 则多( d i r i l g e n ，2 0 0 2 ) 。 相比之下，超量积累植物对重金属的很强的吸收和积累能力不仅表现在外 界重金属浓度很高时，而且在重金属相对较低的溶液和土壤中，超量积累植物 的重金属浓度比普通植物仍高1 0 倍甚至上百倍( 沈振国等，1 9 9 8 ) 。l a s a t 等 ( 1 9 9 6 ) 发现与非超量积累植物z a r v e n s e 相比，t c a e r u l e s c e n s 具有较高的z i l 最大吸收速率。 至于重金属在植物体内的运输形式，尚未取得一致意见。大豆根系吸收的 c d 大约9 8 滞留在根中，只有2 被运输到茎，由此看出通过木质部由根向茎 的运输是很少的( p r a s a d ，1 9 9 5 ) 。蝇子草属s v u l g a r i s 和s c u c u b a l u 耐性细胞系 也是通过降低重金属c u 和c d 向叶绿体中运输而解毒( m e h a r g ，1 9 9 4 ) 。而大 豆木质部汁液中c d 以阳离子复合物形式存在( o u o ，1 9 9 5 ) 。通常认为植物防 御重金属的一个重要机制是限制对重金属的吸收而降低体内的重金属浓度，但 有研究者认为不能从吸收量的多少而评价植物对重金属解毒功能的强弱，如王 宏镔等( 2 0 0 2 ) 的观点是解毒功能强的品种并非都是对c d 吸收量少的小麦品 种；同样，吸收量少的品种也并不意味着就有较强的解毒功能。 三、重金属在植物体内的分布及化学形态 重金属在不同植物营养器官中的分布量一般按下列顺序递减：根 叶 茎 花序 种子，有时也会因植物种类不同而有变化( s e r e g i n ，2 0 0 1 ) 。莫争等( 2 0 0 2 ) 的研究结果表明c d 、c r 、p b 、c u 、z n 在水稻不同器官中的含量为根部 根基茎 主茎 穗 籽实 叶部，从而认为重金属在植物体内的分布规律是在新陈代谢旺 盛的器官蓄积量较大，而营养储存器官，如果实、籽粒、茎叶中则蓄积较少。 丽对野生水稻中不同重金属的i c p 分析得出的结论不同：a g 、a s 、c d 、c r 、 h g 、p b 、s e 在根中浓度最高，c u 在根和籽实中都有高含量，z n 则在籽实中最 高，而m g 在叶中有最大分布，这些污染物的来源是大气沉降、水和沉积土 ( b e n n e t t 等，2 0 0 0 ) 。西红柿幼苗中h g 的含量在随外界浓度增大而上升的同时， 根的含量高于茎叶；成熟叶比幼叶积累的更多( c h o ，2 0 0 0 ) 。c d 、p b 污染下， 前言与综述 芦苇幼茁植株都积累大量的c d 和p b ，但分布显著不均，其中c d 的分布为根 叶片 茎 地下茎( 江行玉等，2 0 0 3 ) ，p b 的顺序是根 地下茎 茎 叶片( 江行玉 等，2 0 0 2 ) 。2 m mc d c 2 处理c r o t a l a r i a j u n c e a 后，非常高的c d 浓度积累在根 内，叶中的最大含量只有根的6 ( p e r e i r a 等，2 0 0 2 ) 。由此看出，不同重金属 在植物体各器官中的分布并无通用模式，常因植物发育程度，重金属种类和耐 性的差异而不同，但唯一的共性是根比其他营养器官累积更多。所以江行玉等 ( 2 0 0 3 ，2 0 0 2 ) 认为根部截留是芦苇抗c d 和p b 的重要机理。而b o r u a h ( 2 0 0 0 ) 则指出重金属更高剂量积累在根中是植物致死的原因。重金属在不同植物各器 官分布的差别可能是产生不同生态效应的基础。 近年来，重金属在植物组织不同组份中分布的研究也日益增多。据报道， 除少数外，根所积累的重金属主要在根被层和皮层( v o d n i k 等，1 9 9 9 ) 。多层皮 层通过把重金属结合到细胞壁上而减轻重金属离子的毒性效应。从这方面看， 它充当了保护植物免受重金属毒害的第二道屏障，并且绝大多数情况下，内皮 层p b 、c d 含量低于皮层，有时甚至不含p b ( k o c j a n ，1 9 9 6 ) 。而超量富集植物 可以通过把重金属贮存在叶片表皮的表皮毛中，而避免重余属对叶肉细胞的直 接伤害( s a l t 等，1 9 9 5 ) 。如c d 超积累植物芥菜( b r a s s i c a j u n c e al ，) 的叶片表 皮毛中的c d 含量比叶片组织高4 3 倍，这也是它的主要解毒机制之一。由于该 植物生长迅速，可大量富集重金属，因此在净化重金属污染土壤和水质方面有 很大潜力( s a l t 等，1 9 9 5 ) 。同时，对重金属在细胞内的分布也有大量报道，并 且因植物对重金属耐性的差异而有不同，c d 超积累植物t c a e r u l e s c e n s 中绝大 多数c d 都位于细胞壁上，n i 超积累植物ab e r t o l o n i i 中8 5 9 5 的n i 与共质 体有关( b o o m i n a t h a n ，2 0 0 3 ) 。在许多植物中，相对高含量的p b 和c d 分布在细 胞壁上( k o c j a n 等，1 9 9 6 ) ，但目前对于细胞壁的重金属束缚特性和它在重金 属耐性中的作用始终存在争议。如p m s a d ( 1 9 9 5 ) 认为大多数c d 结合在细胞壁上 会导致中胶层中果胶的交联，这种交联可能是细胞伸长生长抑制的原因。施国 新等( 2 0 0 0 ) 也观察到重金属h g 、c d 胁迫后细胞壁部分区域的壁物质松散游 离的现象，这也反应出细胞壁保护作用的局限性。细胞壁结合达到饱和后，大 量重金属即进入原生质体中，0 2 m mc d c l 2 处理e u g 据n a g r a c i l i s3 d 后细胞积累 的6 2 c d 平均分布在细胞溶质和叶绿体中，8 d 后粗提叶绿体组份达到总量的 4 0 ，细胞溶质中降为1 9 。纯化的叶绿体中金属含量升至6 2 ，并且叶绿体 的吸收显示出双曲线型的动力学特征，说明叶绿体中c d 的积累受到游离c d ” 载体的调节( m e n d o z a - c o z a t l 等，2 0 0 2 ) 。r a m o $ 等( 2 0 0 2 ) 通过湿消化和原子 吸收光谱研究表明叶积累的c d 主要是在细胞壁组份( 6 4 ) ，并且这种积累完 全不受培养液中c d 浓度的影响，叶绿体中c d 浓度最低。v a r g a 等( 2 0 0 2 ) 用 全反射x 一射线荧光光谱测定方法分析c d ，n i ，p b 和f e 在黄瓜根和叶的共质 体( 细胞质) 和质外体( 细胞壁) 中的分布表明，不同营养器官中的分布规律 不同，其中，根中的大部分p b 分布在质外体中，而n i 和c d 则主要在共质体 中，但叶中5 0 6 0 的p b 分布在质外体，几乎所有的c d 都在共质体中，从根 运输到叶的n i 有3 0 4 0 滞留在叶的质外体中。在耐z n 的美国m a r i t i m a s s p h a l l e r i 中，根中z n 在细胞外主要是分布在根被，外皮层的细胞壁和内皮层的垂 周壁，细胞内则是位于根被细胞，外皮层和内皮层的液泡中，叶中的z n 则分布 在所有的细胞壁中，细胞内位于木质部导管，传递细胞，薄壁组织细胞和腺细 胞的液泡内( h e u m a n n ，2 0 0 2 ) 。将有毒离子贮存在液泡中也是重金属超积累植 物解毒的可能机理( 沈振国等，1 9 9 8 ) 。王宏镔等( 2 0 0 2 ) 研究发现c d 在5 个 耐性不同的小麦品种根细胞各组份的分配无显著差异，细胞壁及残渣，含核糖 核蛋白体的细胞溶质部分是结合c d 的主要部位，细胞核、叶绿体和线粒体结 合量较少。a n t o s i e w i c z 等( 1 9 9 9 ) 用电镜直接观察到大量p b 被隔离在洋葱a l l i u m c e p a 根尖细胞的细胞壁、细胞间隙和中胶层，在质膜边缘和液泡中也有分布。 透射电镜x 一射线能谱仪分析表明，芦苇根皮层细胞不同部分p b 、c d 含量显 著不均，大小依次为细胞间隙 细胞壁 液泡 叶绿体，在细胞间隙积累，细胞 壁沉淀和液泡区域化也是芦苇抗重金属胁迫的机制( 江行玉等，2 0 0 2 ，2 0 0 3 ) 。 与耐z n 植物的分布不同，我们的研究结果显示c d 、z n 在水生植物菹草叶细胞 的细胞壁、细胞膜、液泡和叶绿体中都有分布，这表明二者是流动性较强的元 素，也是该植物易受重金属毒害的重要原因( 徐勤松等，2 0 0 2 ) 。 重金属的存在形态与其可能产生的毒性关系密切。许多研究者采用逐步提 取法对此进行了研究。c d 在萝h 的根和叶中均以n a c l 提取态为主。p b 在根中 以活性较低的醋酸提取态为主，盐酸提取态次之，叶中以盐酸提取态为主。n a c l 提取态次之，因此c d 的生理毒性较p b 大，而c d 、p b 复合处理后影响了根叶 中的重金属形态，表现为c d 处理中乙醇提取态、水提取态、n a c l 提取态、醋 酸提取态显著下降，盐酸提取态明显增加；叶中各提取态均下降，这也意味着 p b 的复合存在抑制了对c d 的吸收( 陈英旭等，2 0 0 0 ) 。在受c d 污染的芦苇幼 苗根和叶中n a c l 提取态所占比例最大，其次为根内的醋酸提取态；在叶中以水 一 堑直量堡堕 提取态为主，其他形态的含量相对较低( 江行玉等，2 0 0 3 ) 。p b 在其根和叶中 则均以活性较低的醋酸和盐酸可提取态占优势( 江行玉等，2 0 0 2 ) 。在小麦和油 菜中c u 以活性较强的水溶态和醇溶态为主，其中水溶态c u 含量 残留态 酸溶 态；z n 则以活性较低的酸溶形态为主，各形态z n 含量顺序为酸溶态 残留态 水溶态 醇溶态。同样在油菜籽实和荚壳中c u 以活性较强的水溶态和醇溶态为 主，而z n 则以活性相对较低的酸溶态为主( 汪金舫等，2 0 0 0 ) 。由上可见，重 金属的存在形态也反应出它们之间毒害程度的差异性，并且抗性和非抗性植物 间并无明确区别。 四、重金属对植物的毒性效应 除了不同重金属之间对植物的生理效应有差别外，同种重金属的不同剂量 对植物生理生化的影响也呈现出完全相反的2 个方面：小剂量时，可提高或加 速某些生理生化反应；而大剂量则对植物产生抑制或毒害。这种现象可以解释 为低浓度对植物的积极的“刺激作用”，主要表现为促进了植物体内的c a t ， p o d 和酸性磷酸酶等的活性( p a t r a 等，1 9 9 4 ) 。但段昌群等( 1 9 9 5 ) 的观点是 重金属无论作用的浓度