（环境工程专业论文）内源no对铅胁迫下金丝草根细胞中pb积累的影响.pdf

浙江工商大学硕士学位论文 i i i i i i l l lii i i ii i l l l li i i iu y 2 0 7 0 5 4 6 内源n o 对铅胁迫下金丝草根细胞中p b 积累的影晌 摘要 铅( l e a d ，p b ) 是最主要的重金属污染元素之一。p b 在植物体内积累达 到一定程度后，就有可能影响植物的生长发育，降低农作物产量和品质。因 此，研究探讨参与植物体内p b 吸收积累调控的信号分子及其信号转导机制 有利于理解和掌握植物p b 吸收积累调控规律，从而为提高植物对p b 胁迫的 抗性，降低农作物对p b 的吸收，减少p b 从植物进入食物链的危险性提供理 论依据。然而，目前对植物体内p b 吸收积累的信号调控机理所知甚少。近 年来发现一氧化氮( n i t r i co x i d e ，n o ) 是植物体内参与逆境胁迫的重要信号 分子之一，具有促进植物生长发育及种子萌发，诱发植物产生抗性反应来防 御生物和非生物胁迫等多种功能。目前研究发现添) j u 夕l - 源n o 供体硝普钠 ( s o d i u mn i t r o p r u s s i d e ，s n p ) 可以缓解p b 对植物的毒害，但是关于p b 胁迫 能否诱发植物内源n o 产生，内源n o 在植物p b 吸收过程中的作用和抵御 p b 毒害的功能的研究甚少。由于悬浮培养细胞具有均一性，在细胞受到逆境 胁迫时，其所受胁迫程度一致，生理变化一致并且对胁迫的反应更为敏感和 直接，因此选取金丝草悬浮细胞为本文试验材料。基于上述研究现状，本文 研究了p b 胁迫对金丝草根细胞中内源n o 产生的影响，n o 在细胞p b 吸收 中的作用以及p b 诱发细胞内源n o 产生的机制。主要研究结果如下： 1 高浓度硝酸铅对金丝草根细胞有一定毒害作用，会抑制细胞的活力和 生长。本文试验结果表明，当用5 0 0r t mp b 处理金丝草根细胞时，细胞活力 和生长较对照显著降低，说明高浓度p b 对细胞有抑制作用。 浙江工商大学硕士学位论文 2 p b 可以诱发金丝草根细胞中内源n o 信号分子的产生。本文试验考查 了p b 胁迫对金丝草根细胞内源n o 水平的影响，结果表明p b 胁迫能诱发金 丝草根细胞快速产生大量n o ，而且n o 的产生量明显依赖于p b 处理的浓度 一和时间。说明p b 胁迫可以激活金丝草根细胞中n o 信号转导事件。 3 p b 诱发金丝草根细胞产生的内源n o 是细胞吸收p b 所必需的信号分 子。为了进一步研究和探讨n o 在金丝草根细胞吸收p b 过程中的作用，本文 通过一系列试验考查了n o 专一性淬灭剂c p t i o ( 2 - ( 4 一e a r b o x y p h e n y l ) 4 , 4 ，5 ，5 - t e t r a m e t h y l i m i d a z o l i n e l o x y l 一3 - o x i d e ) 对细胞中p b 积累的影响。结果表明 n o 淬灭剂c p t i o 不仅可以有效抑制p b 胁迫对金丝草根细胞中n o 迸发的诱 发作用，同时还可以阻断细胞对p b 的吸收，说明在p b 胁迫下n o 信号转导 事件的激活是金丝草根细胞吸收p b 的必要条件。 4 在p b 诱发金丝草根细胞产生n o 期间，p b 胁迫可以诱发金丝草根细 胞n r 的活性和n i a l 基因的表达。为了研究p b 诱发n o 产生的来源，本文 试验考查了p b 胁迫对金丝草根细胞中硝酸还原酶( n i t r a t er e d u c t a s e ，n r ) 活性和n i a l ，n i a 2 基因表达水平的影响。结果表明在p b 诱发金丝草根细胞 n o 迸发期间，p b 胁迫能够提高金丝草根细胞中n r 的活性和n i a l 基因的表 达水平，因此推测p b 可能诱发金丝草根细胞中n i a l 基因的表达，并且n r 活性的提高可能是受p b 所诱发的n i a l 基因表达水平的影响。 5 n r 参与p b 诱发金丝草根细胞内源n o 的产生。为了进一步验证n r 在p b 诱发金丝草根细胞n o 合成中的作用，本文试验考查了n r 抑制剂t u n ( t u n g s t a t e ) 和g l n ( g l u t a m i n e ) 对p b 诱发金丝草根细胞中n r 活性和n o 产生的影响。结果表明，n r 抑制剂t u n 和g l n 不仅能够抑制p b 诱发金丝 n 浙江工商大学硕士学位论文 草根细胞中n r 活性，而且还可以降低p b 胁迫对细胞中n o 产生的诱发作用， 说明p b 对金丝草根细胞中n o 产生的诱导作用依赖n r 活性。本文试验还考 查了一氧化氮合酶( n os y n t h a s e ，n o s ) 抑制剂l - n a m e ( n g - n i t r o l - a r g m e t h y l e s t e r ) 和p b i t u ( s ，s - l ，3 - p h e n y l e n e b i s ( 1 ，2 - e t h a n e d i y l ) - b i s i s o t h i o u r e a ) 对p b 诱发金丝草根细胞n o 合成的影响。结果表明l n a m e 和p b i t u 对 p b 诱发金丝草根细胞n o 产生的抑制效果并不显著。本文试验结果表明，n r 是p b 胁迫下金丝草根细胞n o 产生的主要途径之一。 6 n r 参与了p b 胁迫下金丝草根细胞中p b 吸收过程。为了考查n r 在 金丝草根细胞吸收p b 过程中的作用，本文试验测定了n r 抑制剂t u n 和g l n 对金丝草根细胞中p b 含量的影响。结果表明n r 抑制剂不仅抑制了p b 诱发 的n r 活性，同时还降低了细胞对p b 的吸收能力，证实了p b 诱发的n r 活 性在金丝草根细胞内p b 积累过程中有重要的作用。此外，我们的试验结果 还表明n r 抑制剂对细胞p b 吸收的抑制现象可以被n o 供体s n p 所逆转。 综上所述，本文试验结果证实在p b 胁迫下n r 介导产生的n o 信号分子参与 金丝草根细胞对p b 的吸收途径。 7 高浓度n o 供体s n p ( 5 0m m ) 能促进金丝草根细胞中p b 的积累。 本文考查了外源n o 对金丝草根细胞p b 吸收中的作用，试验结果表明低浓度 的n o 供体s n p ( o 1 和1 5m m ) 对p b 在细胞中的积累无显著影响，但s n p 浓度增大到5 0m m 时细胞中的p b 含量却显著增加，说明外源n o 对细胞p b 吸收的影响具有浓度依赖性。 综上所述，本文首次证实p b 胁迫可以激活植物细胞中n o 信号转导事件， 试验结果同时表明内源n o 分子是金丝草细胞p b 吸收所必需的信号分子，此 外，本文还证实n r 是p b 诱导金丝草细胞内源n o 产生的主要途径。研究结 果不仅对理解植物细胞的p b 吸收机制具有重要意义，一同时提示通过调控n r 活性可以改变植物对p b 的吸收能力，为农业生产实践中降低农产品中p b 含 量和环境污染治理实践中提高修复植物对p b 的富集能力提供了一种新的策 略。 关键词：p b ；n o ；n r ；金丝草根细胞；p b 吸收 i v 浙江工商大学硕士学位论文 r o l eo fe n d o g e n o u s0 x i d ei nl e a d a c c u m u l a t i o no f 尸0 g ( w v 么脚尺删 c 兄m 刀y mr o o tc e l l s a b s t r a c t l e a d ( p b ) ，o n eo ft h e m o s th e a v ym e t a l si nt h ee n v i r o n m e n t e x c e s s a c c u m u l a t i o no fp bc a ns e r i o u s l yi n h i b i tp l a n tg r o w t ha n dd e v e l o p m e n t ，a n d r e d u c et h eq u a n t i t ya n dq u a l i t yo fc r o p s t h e r e f o r e ，i n v e s t i g a t i o no ft h es i g n a l i n g t r a n s d u c t i o nc h a i n s ( p a t h w a y s ) r e l a t e dt op bu p t a k ei sh e l p f u lf o re l u c i d a t i n gt h e m e c h a n i s mo fp bu p t a k ei np l a n t s ，p r e v e n t i n gh i g ha c c u m u l a t i o no fp bi nc r o p s ， i n h i b i t i n gt h ei n v o l v e m e n to fp bi nf o o dc h a i n s h o w e v e r , t h e r eh a v eb e e nn o d e t a i l e ds t u d i e st oa d d r e s s t h e s i g n a l i n g m e c h a n i s mi n v o l v e di np b b i o a c c u m u l a t i o no fp l a n t ss of a r n oh a se m e r g e da sak e ys i g n a l l i n gm o l e c u l ei n p l a n td e f e n s er e s p o n s e st ob o t hb i o t i c a n da b i o t i cs t r e s s e sr e c e n t l y n ow a s i n v o l v e di np l a n t sd e v e l o p m e n ta n ds e e dg e r m i n a t i o na n dt h er e g u l a t i o no f d e f e n s er e p o n s e st ob i o t i ca n da b i o t i cs t r e s s e s r e c e n t l y , t h e r ei se v i d e n c et o s u p p o r tar o l ef o re x o g e n o u s l ya p p l i e dn or e l e a s e db yan o d o n o rs u c ha s s o d i u mn i t r o p r u s s i d e ( s n p ) i na l l e v i a t i n gp bt o x i c i t yi np l a n t s h o w e v e r ， i n f o r m a t i o ni ss t i l ll a c k i n gr e g a r d i n gt h ep o s s i b i l i t yo fn om i g h tb ee n d o g e n o u s l y p r o d u c e di nr e s p o n s et op ba n d e x e r ts p e c i f i cr o l e si np bu p t a k ea n dt o x i c i t yo f p l a n t s p o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l lc u l t u r e sw e r ec h o s e na sa ne x p e r i m e n t a l v 浙江工商大学硕士学位论文 s y s t e mb e c a u s e t h eh o m o g e n e i t ya n du n d i f f e r e n t i a t e ds t a t eo ft h ec e l l s ，c o m b i n e d w i t ht h eu n i f o r md e l i v e r yo ft h et r e a t m e n t s ，a l l o wac l e a ra n ds e n s i t i v er e s p o n s e t os t r e s s e s i nt h i sp a p e r ，t h ee f f e c t so fp bo ne n d o g e n o u sn o g e n e r a t i o n ，t h er o l e o fn oi np b u p t a k ea n dt h eo r i g i n o fp b i n d u c e dn op r o d u c t i o no f p o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l sw e r ee v a l u a t e d t h ef o l l o w i n g sa let h em a i n r e s u l t so f t h ee x p e r i m e n t s ： 1 h i g hp b ( n 0 3 ) 2i st o x i c i t yi np o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l s h i g hp b e x p o s u r eh a si n h i b i t o r ye f f e c t so nt h ev i a b i l i t ya n dw e i g h to ft h ep o g o n a t h e r u m c r m i t u mr o o tc e l l s o u rd a t as h o wt h a tt h ev i a b i l i t ya n dw e i g h to f t h ec e l l st r e a t e d w i t h5 0 0p mp ba r es i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt h o s eo ft h ec o n t r o lc e l l s ，s h o w i n g t h a th i g hp be x p o s u r eh a si n h i b i t o r ye f f e c t so nt h ec e l l s 2 p be x p o s u r et r i g g e r e de n d o g e n o u sn os i g n a l i n go ft h ep o g o n a t h e r u m c r i n i t u mr o o tc e l l s i nt h i ss t u d y ，w ee x a m i n e dt h en ol e v e l so fp o g o n a t h e r u m c r i n i t u mr o o tc e l l se x p o s e dt op b t h ed a t ai n d i c a t et h a tn ol e v e l so ft h ec e l l s t r e a t e dw i t hp ba r ei n c r e a s e di m m e d i a t e l ya f t e rp bt r e a t m e n t p bt r e a t m e n t i n d u c e dn o g e n e r a t i o no ft h ec e l l si st i m e - d e p e n d e n ta n dd o s e - d e p e n d e n t t h u s ， r e s u l t sc l e a r l yi n d i c a t et h a tp be x p o s u r et r i g g e r sn o g e n e r a t i o ni nt h ec e l l s 3 t h ee n d o g e n o u sn o s i g n a l i n gt r i g g e r e db yp bi se s s e n t i a lf o rp bu p t a k eo f p o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l s t of u r t h e re v a l u a t et h er o l eo fn o i np bu p t a k e ， w ea s s a y e dt h ee f f e c t so fn os p e c i f i cs c a v e n g e rc p t i o ( 2 - ( 4 - c a r b o x y p h e n y l ) 一 4 ，4 ，5 ，5 一t e t r a m e t h y l i m i d a z o l i n e 一1 o x y l 一3 一o x i d e ) o np ba c c u m u l a t i o no ft h ec e l l s t h er e s u l t ss h o wt h a tp r e t r e a t m e n to ft h ec e l l sw i t hc p t i on o to n l ya b o l i s h e s p b t r i g g e r e dn o b u r s tb u ta ls or e d u c e dp bc o n t e n t so ft h ec e l l s t h u s ，o u rr e s u l t s v i 浙江工商大学硕士学位论文 c l e a r l yd e m o n s t r a t et h a tp b - t r i g g e r e dn og e n e r a t i o nw a sn e c e s s a r yf o rp bu p t a k e o f p o g o n a t h e r u m c r i n i t u mr o o tc e l l s 4 n ra c t i v i t ya n dt h e e x p r e s s i o no fn i a 1a r ei n d u c i b l e b y p bi n p o g o n a t h e r u m c r i n i t u mr o o tc e l l sd u r i n gp b - t r i g g e r e dn og e n e r a t i o n t o i n v e s t i g a t et h eo r i g i no fp b - t r i g g e r e dn o ，w ea s s a y e dn i t r a t er e d u c t a s e ( n r ) a c t i v i t i e sa n dt h ee x p r e s s i o nl e v e l so fn i a1a n dn i a 2g e n e si nt h ec e l l se x p o s e d t op b t h er e s u l t ss h o w e dt h a tp be x p o s u r ee n h a n c e dn r a c t i v i t ya n ds t i m u l a t e d n i a1e x p r e s s i o nd u r i n gt h ep e r i o do fp b - t r i g g e r e dn ob u r s t t o g e t h e r , o u rr e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h ee x p r e s s i o no fn i a1i np o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l sc o u l d b ei n d u c e db yp ba n dt h ep b - i n d u c e dn i a1e x p r e s s i o nm i g h tr e s u l ti nt h ei n c r e a s e o fn ra c t i v i t y 5 n rw a s r e s p o n s i b l e f o r p b t r i g g e r e de n d o g e n o u s n ob u r s ti n p o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l s i no r d e rt o f u r t h e re x a m i n ew h e t h e rn ri s i n v o l v e di np b t r i g g e r e dn og e n e r a t i o n ，w ea s s a y e dt h ee f f e c t so fn ri n h i b i t o r s t u n g s t a t e ( t u n ) a n dg i n ( g l u t a m i n e ) o np b - i n d u c e dn og e n e r a t i o n t h er e s u l t s s h o wt h a tp r e t r e a t m e n to ft h ec e l l sw i t ht u na n dg i nn o to n l yr e s t r a i n e dt h e p b e n h a n c e dn ra c t i v i t i e sb u ta l s or e d u c e dt h ep b - t r i g g e r e dn og e n e r a t i o n t h u s ， o u rd a t as u g g e s tt h a tn ri si n v o l v e df o rp b i n d u c e dn og e n e r a t i o n w ea l s o e x a l i 曲e dt h ee f f e c t so fn o si n h i b i t o r sl - n a m e ( n g n i t r o - l a r gm e t h y l e s t e r ) a n dp b i t u ( s , s 一1 ，3 一p h e n y l e n e b i s ( 1 ，2 - e t h a n e d i y l ) - b i s - i s o t h i o u r e a ) o n p b - t r i g g e r e dn og e n e r a t i o no f t h ec e l l s t h ed a t as h o wt h a tt r e a t m e n to ft h ec e l l s w i t hn o si n h i b i t o r so n l yh a ss l i g h te f f e c to np b t r i g g e r e dn og e n e r a t i o n t o g e t h e rw i t ht h er e s u l t so fp r e s e n tw o r k ，i ti ss t r o n g l ys u g g e s t e dt h a tn r a c t i v i t y l 浙江工商大学硕士学位论文 i st h em a i ns o u r c eo fn o g e n e r a t i o ni np b e x p o s e dp o g o n a t h e r u mc r i n i t u r nr o o t c e l l s i na d d i t i o nt on r - m e d i a t e dn og e n e r a t i o n ，s e v e r a lo t h e rn os y n t h e s i s p a t h w a y si sc o n s i d e r e dt ob et h ep o s s i b l es o u r c eo f n o i nc e l l s 6 p b t r i g g e r e dn ra c t i v i t y i si n v o l v e di np bu p t a k eo fp o g o n a t h e r u m c r i n i t u mr o o tc e l l s t oi n v e s t i g a t ew h e t h e rn rp l a y sr o l ei np bu p t a k e ，w e e x a m i n e dt h ee f f e c to fn ri n h i b i t o r so np bu p t a k eo f p o g o n a t h e r u mc r m i t u mr o o t c e l l s t h ed a t as h o wt h a tp r e t r e a t r n e n to fn ri n h i t o r sn o to n l ys u p p r e s s e st h e p b i n d u c e dn ra c t i v i t yb u ta l s or e d u c e sp bc o n t e n t so f t h ec e l l s t h u s ，t h er e s u l t s d e m o n s t r a t et h a tt h e p b t r i g g e r e d n ra c t i v i t y p l a y s c r i t i c a lr o l ei np b a c c u m u l a t i o ni np o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l s f u r t h e r m o r e ，o u rd a t as h o w t h a tt h ei n h i b i t i o no fn ri n h i b i t o r so np bu p t a k ec a nb er e v e r s e db ya p p l i c a t i o no f n ov i ai t sd o n o rs n e t o g e t h e r , t h er e s u l t sd e m o n s t r a t e t h a tt h en r - m e d i a t e dn o s i g n a l i n gt r i g g e r e db yp bi np o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l si si n v o l v e di np b u p t a k e 7 h i g hn ov i ai t s d o n o rs n p ( 5 0m m ) i n c r e a s e sp ba c c u m u l a t i o ni n p o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l s t h ee f f e c t so fe x o g e n o u sn o o np bu p t a k eo f p o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l sh a v eb e e ne v a l u a t e di nt h i sw o r k t h er e s u l t s s h o wt h a ta p p l i c a t i o no fl o wd o s eo fn ov i ai t sd o n o rs n p ( 0 1a n d1 5m m ) h a s n oe f f e c to np bc o n t e n t so ft h ec e l l s ，w h i l et r e a t m e n to ft h ec e l l sw i t hh i g hs n p ( 5 0m m ) i n c r e a s e sp ba c c u m u l a t i o ni nt h ec e l l s t h u s ，o u rr e s u l t ss u g g e s tt h a tt h e e f f e c t so f e x o g e n o u sn o o np bu p t a k ea led o s e - d e p e n d e n t 浙江工商大学硕士学位论文 t a k e nt o g e t h e r ，t h er e s u l t so fo u rp r e s e n tw o r kf i r s td e m o n a t r a t et h a tp b e x p o s u r et r i g g e r sn o d e p e n d e n ts i g n a l i n gp a t h w a y i n p l a n t c e l l sa n dt h e e n d o g e n o u sn os i g n a l i n gt r i g g e r e db y p bi se s s e n t i a lf o rp bu p t a k eo f p o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l s o u rr e s u l t sa l s os u g g e s tt h a tn r i st h em a i n s o u r c eo fn og e n e r a t i o ni np b e x p o s e dp o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o tc e l l s t h e r e s u l t so fo u rr e s e a r c hh a v es c i e n t i f i cs i g n i f i c a n c e i n u n d e r s t a n d i n gt h e m e c h a n i s mo fp bu p t a k ei np l a n tc e l l sa n ds u g g e s tan e ws t r a t e g yt or e d u c ep b c o n t e n ti nc r o p sa n de n h a n c ep ba c c u m u l a t i o ni np l a n t si np h y t o r e m e d i a t i o no f c o n t a m i n a t e d e n v i r o n m e n t sb yr e g u l a t i n gn ra c t i v i t y k e y w o r d s ：p b ；n i t r i co x i d e ；n i t r a t er e d u c t a s e ；p o g o n a t h e r u mc r i n i t u mr o o t c e l l s ；p bu p t a k e i x 浙江工商大学硕士学位论文 1 1 铅污染现状 第1 章引言 土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源。当今世界各国都面 临着土壤污染严重阻碍农业生产的问题。造成土壤污染的重金属主要有p b 、c d 、 h g 、c r 、c u 、n i 、a s 和z n 等，其中除小部分是植物生长必需的微量元素外， 绝大多数重金属对植物及人体有害( m u l i g a n 等，2 0 0 1 ) 。随着矿产资源的大量 开发利用，全球工业化程度不断提高，大量具有潜在毒性的物质被不断排放到环 境中，导致重金属污染从一个地区性问题扩散成为一个全球性的问题。重金属的 毒性很强，对其所在的生态环境造成巨大破坏的同时，对人类健康造成严重威胁。 土壤重金属污染具有隐蔽性、潜伏性和滞后性。重金属一旦进入土壤，就可 能在土壤中存留几千年，植物或微生物都很难将其降解。另外，土壤中有害重金 属含量累积到一定程度后就会对土壤中的各种生物产生影响，进而降低农作物的 品质和产量。而且有害重金属被农作物吸收后，可能会通过食物链进入人体，直 接影响人类健康。因此如何解决重金属污染问题就成为了当今国际上研究的难点 和热点。 1 1 1 铅对环境的污染 铅( p b ) 是一种对环境和人类危害较大的重金属元素，是已知毒性最大的重 金属污染物之一。据2 0 0 7 年美国毒性物质及疾病登记署的研究报告显示，铅的 毒害性排在所知毒性物质的第二位，铅一旦进入人体后，可对血液系统，神经系 统等造成损伤，造成心血管和肾脏等器官的病变、遗传物质损伤、诱导细胞凋亡 等，而且具有一定致突变性( a t s d r ，2 0 0 7 ) 。尽管已有大量的研究证实铅对人 类健康会产生严重危害，但铅作为现代社会重要的工业原料，仍旧被广泛应用于 各个领域。环境中的铅大约有9 8 是由含铅汽油带来的，汽车排气中的铅含量多 达2 0 5 0 呜l ，其余来源于金属矿的开采及冶炼、蓄电池工业、燃料( 煤或石油) 的燃烧、农业生产、化学工业、医药行业及其它含铅制品的生产和使用等( p h a n g 等，2 0 11 ) 。根据2 0 0 8 年国家环保部门的报告显示，我国铅污染和危害最严重的 浙江工商大学硕士学位论文 行业是蓄电池工业，已有近1 5 的耕地面积受到了铅污染。近年来，铅作为一种 有毒物质不断的被排入大气层和人类赖以生存的环境中，可以说地球上铅含量的 剧增即源于人类活动又关系着人类未来的生产生活。 一1 1 2 铅对人体的伤害 铅在水和土壤中极度稳定，可在土壤中存留1 5 0 5 0 0 0 年，不被微生物和植 物所降解，并且对许多生物都有较强的潜在毒性。铅可以通过呼吸系统或消化系 统进入人体，与体内蛋白质、酶和氨基酸等的官能团结合，对各种器官造成一定 损伤，并且干扰机体的正常生理活动，研究表明进入人体血液中的铅大约有9 4 以稳定的状态沉淀于骨骼系统中并可在其中潜伏长达1 0 年以上( d es i l v a 等， 1 9 8 1 ) ，因此铅一直被列为强污染物。医学上对铅毒的认识也在不断加深，早期 在研究铅的剂量与效应关系时，大多只测定血液中铅的含量，大约至1 9 6 5 年左 右儿童血铅的限量为0 6i j g m l ，依据美国公共疾病防治中心推荐，到1 9 7 8 年将 可接受的儿童血铅上限降为0 3 叫m l ，但是近年来研究报告表明相当低的血铅 也有可能造成儿童脑损伤，因而在1 9 9 1 年又将儿童可接受的血铅上限降为0 1 叫f n l ( c a n f i e l d 等，2 0 0 3 ：c h i o d o 等，2 0 0 4 ：l a l o r 等，2 0 0 7 ) 。 目前研究发现铅在环境中含量逐渐接近致毒水平，每人每天平均从空气、水 和食物中吸收约2 0 5 0 岭的铅，人体自身的排铅功能已很难应对铅的累积。医 学研究发现铅对儿童的危害更大，会直接影响儿童的脑发育。研究发现0 0 1g g 的铅也可能导致儿童的智力下降、生长缓慢、弱视、贫血等，一旦这些症状形成 就很难修复，或者不可修复( l a l o r 等，2 0 0 7 ) 。世界卫生组织的统计数据表明， 慢性铅中毒对儿童健康构成的危害远高于其他的环境污染。 目前很多国家已特别关注铅的污染，制定了许多限制使用含铅原料的标准与 规定，减轻铅对环境的污染。 1 1 3 铅对植物的伤害 铅是非水溶性元素，可溶性铅的含量很低，在土壤溶液中被吸附的铅主要以 a b ( o n ) 2 、p b c 0 3 和p b s 0 4 的形式存在，迁移性很弱，因此铅主要积累在土壤表 2 浙江工商大学硕士学位论文 层( 崔爽，2 0 0 7 ) 。植物不仅可以用根部从土壤中吸收铅，还可以通过叶片上的 气孔吸收空气中的铅。从土壤中吸收的铅，绝大部分积累于根部，不易转移到茎、 叶、种子中。铅是植物非必需营养元素，目前国内外研究者针对铅对植物的胁迫 效应已进行了大量研究，发现重金属铅在植物体内积累到一定程度后，对植物生 长发育、光合作用会产生负面影响；同时限制酶活性，影响水分代谢，导致细胞 膜结构和透性的改变，扰乱营养吸收和基因的表达等( s h a r m a 等，2 0 0 5 ) 。 1 1 3 1 铅对植物生长发育与种子荫发的影响 生长在铅污染土壤上的植物直接受到损伤的器官是根系，在形态上一般表现 为侧根数目减少，根系体积和生物量下降( 何冰，2 0 0 3 ) 。大量研究表明铅抑制 植物生长的原因可能是由于植物根系受到铅毒害，抑制根系生长和养分的吸收， 从而影响整个植株的生长( 李云，2 0 1 1 ) 。如柳树在1 0 0 0 州铅浓度处理下，干 重显著下降( a l i 等，2 0 0 3 ) 。然而，也有研究表明，适量的铅可能对一些植物 的生长有促进作用，b e g o n i a 用不同浓度硝酸铅处理印度芥菜，结果发现1 0 0m g l 铅处理能促进印度芥菜根系的生长，但高浓度铅处理却使根系的生物量显著下降 ( b e g o n i a 等，1 9 9 8 ) 。总的来说，铅对植物生长促进作用只限于某些植物和一定 浓度范围内，当铅超过限定浓度后，大多数植物均会受到不同程度的抑制和毒害 ( 韩玉林，2 0 0 7 ) 。关于铅胁迫影响种子萌发的研究表明，铅可能通过抑制种子 内蛋白酶、淀粉酶等各种酶的活性，影响种子内储藏淀粉和蛋白质的分解，从而 影响种子萌发所需的营养物质与能量，造成种子萌发受到抑制( 李牡丹，2 0 0 8 ) 。 1 1 3 2 铅对植物光合作用的影响 铅胁迫易使植物中叶绿素含量降低，对光合作用系统产生抑制( w o r m y 和 k r z e s l o w k a ，1 9 9 3 ；k a s t o r i 等，1 9 9 8 ) 。s i n h a 和m i m a d a 等研究小组均认为铅胁 迫可能抑制叶绿素的生物合成( s i n h a 等，1 9 9 3 ；m i m a d a 和h a n g o v a n ，1 9 9 6 ) 。 u p a d h y a y 等将风眼莲( e i c h h o m i ac r a s s i p e s ) 、浮萍( l e m n am i n o r ) 等耐污染植 物栽培在露天煤矿排出的废水中，研究发现随着废水中的p b 、c d 、c o 、n i 、c r 的浓度明显下降的同时，植物体内叶绿素的含量也显著降低( u p a d h y a y 和 t r i p a t h i ，2 0 0 7 ) 。p r a s a d 等研究认为高浓度铅破坏了植物叶绿素合成过程中叶绿 3 浙江工商大学硕士学位论文 素酶活性，进而对光合作用系统产生影响( p r a s a d 等，1 9 8 7 ) 。但也有研究认为 p b 2 + 进入细胞后可能取代了叶绿素分子中的m 9 2 + ，破坏其结构，导致光合作用 无法正常进行( k u p p e r 等，1 9 9 6 ) 。 1 1 3 3 铅对植物细胞膜透性的影响 细胞膜是选择透过性膜，作为细胞与环境之间连接的界面，重金属胁迫对植 物细胞的影响首先作用于细胞膜。重金属浓度超过一定范围后，随着胁迫时间延 长，对植物细胞质膜的选择透性功能伤害就越大。一旦细胞膜受到损伤，细胞膜 透性增大，使胞内的有机物和离子大量外渗，外界有毒物质进入细胞，破坏了细 胞正常代谢作用，导致植物体内生理过程失调，影响植物的生长发育( k o n g 等， 1 9 9 9 ：s k o w r o n 和s k a ，2 0 0 0 ) 。 1 1 3 4 铅对植物抗氧化酶系统的影响 大量研究认为p b 可以导致植物体内产生大量的活性氧自由基( r o s ) ，使其 体内代谢失调，从而造成生物大分子和膜脂质的过氧化。植物的抗氧化酶系统是 植物对重金属胁迫的重要防御系统( w e e k x 和c l i j s t e r s ，1 9 9 6 ；y u 和q u ，2 0 0 7 ) 。 植物体内清除活性氧自由基的多酶复合体系主要包括超氧化物歧化酶( s o d ) 、 过氧化物酶( p o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 。在正常情况下，植物