镉毒害对水稻生理生态效应的研究进展[精选].doc

环境生物无机化学论文 班级： 环科一班 姓名： 黄 * * 学号** 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, 最终严重影响植物光合作用的正常进行。 1.3 镉离子胁迫对水稻种子萌发的影响 种子萌发与幼苗生长是物质代谢与能量代谢十分活跃的过程, 伴有大分子降解为小分子、不溶性物质变为可溶性物质, 供种胚和幼苗生长之需。镉离子能抑制蛋白酶和肽酶活性, 且随离子浓度的增加抑制强度增大。而淀粉酶的活性降低必然影响可溶性糖含量, 脱氢酶影响脱氢反应和能量代谢, 硝酸还原酶影响植物对NO3-的利用, 使氨基酸和蛋白质含量降低, 最后导致供能不足, 影响萌发。当镉离子浓度高达一定浓度时, 生长点坏死, 根本不萌发, 而且胚根比芽更敏感。 1.4 镉离子胁迫对水稻生长的影响 由于Cd 进入土壤环境之后, 其生物有效性会受外界环境的影响发生变化, 而水稻在不同生育时期对Cd 暴露的反应可能并不相同。在现实污染环境中, 镉的胁迫可能只在作物生长的某一阶段, 也可能是整个生育时期, 从而导致重金属对水稻生理生化的影响更加复杂。目前, 已有许多研究报道了Cd2+对细胞结构产生明显伤害, 主要集中在叶绿体、细胞核、线粒体等细胞器以及对染色体的影响。细胞构成了组织, 结构破坏造成植物体组织的损伤, 从而影响其生长。有研究表明, 在全生育期 Cd 胁迫环境下, 植株生长瘦弱, 叶片短小, 中下部叶片枯尖、黄化严重, 根短而粗。表皮糙裂, 菌丝状根毛发达, 抽穗期推迟 3～ 4 d。植株贪青晚熟, 后期小分蘖多, 穗短粒少, 其中杂交水稻表现尤为突出。 2 镉在水稻中的吸收、 分配和积累动态规律的研究 镉通过根部吸收、叶片吸收和表皮渗透三种途径进入植物体内。 植物从环境中吸收镉之后, 经体内运输, 分布到根茎叶各器官。 不同作物对镉的吸收、 分配和积累效应不同, 水稻属于易吸收镉植物, 但品种之间吸收镉的差异明显。 2.1 水稻品种对水稻镉吸收的影响 在相同条件下, 不同的水稻品种及同一品种的不