重金屬對植物的毒害機(jī)理

1、重金屬對植物的毒害機(jī)理PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： 匯報人：目錄 1重金屬的定義 2重金屬污染定義 2.1土壤重金屬污染的評價標(biāo)準(zhǔn)及評價方法 2.2土壤重金屬污染來源 3重金屬對植物的毒害機(jī)理 3.1植物對土壤中重金屬富集的特點 3.2植物對重金屬的吸收轉(zhuǎn)移機(jī)理 3.3重金屬在植物體內(nèi)的運移 3.4重金屬對植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響 3.5重金屬對木本植物的毒害效應(yīng) 4沼氣肥對沙化區(qū)農(nóng)作物種子萌發(fā)與生長的影響研究

2、1重金屬的定義 重金屬是對中國環(huán)境污染最嚴(yán)重的污染物之一，不僅對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生著嚴(yán)重的危害，還會通過食物鏈富集到人體，給人帶來巨大的危害。密度在5以上的金屬統(tǒng)稱為重金屬，如金、銀、銅、鉛、鋅、鎳、鈷、鎘、鉻和汞等45種。從環(huán)境污染方面所說的重金屬，實際上主要是指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬，也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等。目前最引起人們注意的是汞、鎘、鉻等。重金屬隨廢水排出時，即使?jié)舛群苄?，也可能造成危害?重金屬污染是指由于人類活動將重金屬帶入到土壤中，致使土壤中重金屬含量明顯高于背景含量，并可能造成現(xiàn)存的或潛在的土壤質(zhì)量退化、生態(tài)與環(huán)境惡化的現(xiàn)象。重金

3、屬具有富集性，很難在環(huán)境中降解。 分布：分布：土壤中的重金屬污染物由于無機(jī)及有機(jī)膠體對陽離子的吸附、代換或絡(luò)合、生物作用的結(jié)果,大部分被固定在耕作層中,一般很少遷移至46cm以下的土層,但砷在土壤中的動態(tài)行為與銅、鉛、福等有所不同,在含有大量鐵、鋁組分的酸性(HPS.3一6.8)紅壤中,砷酸根可與之生成難溶鹽類而富集于30一40cm耕作層中2重金屬污染定義2.1土壤重金屬污染的評價標(biāo)準(zhǔn)及評價方法 評價標(biāo)準(zhǔn)：評價標(biāo)準(zhǔn)：土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB15618-1995）、食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)（HJ332-2006）和綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件（NY/T391-2000）以及土壤元素背景值。 評價

4、方法：評價方法：富集因子分析法、單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅、綜合污染指數(shù)法、地質(zhì)積累指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險評價法等2.2土壤重金屬污染來源a大氣降塵b污水灌溉c工業(yè)固體廢棄物的不當(dāng)處置d礦業(yè)活動農(nóng)藥和化肥a大氣降塵 主要的大氣污染源有電廠、冶煉廠、建筑材料生產(chǎn)廠、石油開采和加工廠等，這些工廠排除的有毒廢氣，通過降塵或降雨進(jìn)入土壤，造成污染。公路和鐵路兩側(cè)的農(nóng)田最易遭受重金屬污染，其中以 Pb、Zn、Cd(鎘 )、Cr(鉻 )、Co、Cu 的污染為主，它們來自于含鉛汽油的燃燒，汽車輪胎磨損產(chǎn)生的含 Zn 粉塵等，汽油中添加的抗暴劑烷基鉛會隨著汽車尾氣污染公路兩側(cè) 100 m 范圍內(nèi)的土壤。b污水灌溉

5、 污水灌溉是指用城市下水道污水、工業(yè)廢水、排污河污水以及超標(biāo)的地面水等進(jìn)行灌溉。我國某些省市比較干旱，缺水嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)用水緊張，污灌在這些地方就比較普遍了。但是，長期使用未經(jīng)處理的污水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，污水中重金屬元素在土壤中持續(xù)積累，可能導(dǎo)致土壤重金屬污染。c采礦和冶煉 工礦地區(qū)重金屬污染主要是由采礦和冶煉中的大氣沉降、廢渣滲濾和污水灌溉所造成的。隨著采礦業(yè)和冶金業(yè)的迅速發(fā)展，帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時，造成的生態(tài)破壞和環(huán)境質(zhì)量惡化也是不容忽視的。礦區(qū)及周邊土壤重金屬污染問題已成為環(huán)境科學(xué)研究的熱點之一。d化肥和農(nóng)藥 肥料中的重金屬問題越來越得到廣泛關(guān)注。2011 年初，中國南方多個省市的大米檢測出鎘

6、超標(biāo)，無疑將重金屬污染再一次推向輿論的風(fēng)口浪尖。由于我國進(jìn)口磷肥量較大，而像美國、加拿大和澳大利亞的磷肥和復(fù)合肥中鎘含量較高，每年由于施用化肥帶入農(nóng)田的鎘含量也是相當(dāng)大的，鎘進(jìn)入土壤后不易遷移，進(jìn)而被農(nóng)作物吸收。 肥料中的重金屬問題越來越得到廣泛關(guān)注。2011 年初，中國南方多個省市的大米檢測出鎘超標(biāo)，無疑將重金屬污染再一次推向輿論的風(fēng)口浪尖。由于我國進(jìn)口磷肥量較大，而像美國、加拿大和澳大利亞的磷肥和復(fù)合肥中鎘含量較高，每年由于施用化肥帶入農(nóng)田的鎘含量也是相當(dāng)大的，鎘進(jìn)入土壤后不易遷移，進(jìn)而被農(nóng)作物吸收。中國大米污染不完全分布圖吸收重金屬的植物 鎘：蔬菜水果，尤其是蘑菇 天門冬可清除重金屬微粒

7、；紫苑屬、黃耆、含煙草和雞冠花等一類植物,能吸引大量的鈾等放射性元素； 鎘：蔬菜水果，尤其是蘑菇 天門冬可清除重金屬微粒；紫苑屬、黃耆、含煙草和雞冠花等一類植物,能吸引大量的鈾等放射性元素；香煙有害健康 2010年10月8日，第九屆亞太煙草或健康會議在澳大利亞悉尼召開，會上發(fā)布的一項研究顯示，中國產(chǎn)的13個品牌卷煙檢測出含有重金屬，煙草中含有的鉛、砷和鎘等重金屬成分，其含量與加拿大產(chǎn)香煙相比，最高超出三倍以上 3重金屬對植物的毒害機(jī)理 重金屬對植物的毒害作用是由一系列因素決定的，包括重金屬的吸收位點、植物細(xì)胞中對重金屬結(jié)合位點的競爭、重金屬離子的特性、離子的有效性以及各種化學(xué)作用等。重金屬在植

8、物體內(nèi)的積累超過一定閾值后，會嚴(yán)重干擾植物體內(nèi)已存在的細(xì)胞及整株水平上的水分及離子穩(wěn)態(tài)，造成植物細(xì)胞分子損傷，最終表現(xiàn)出生長量、產(chǎn)量及品質(zhì)的下降。3.1植物對土壤中重金屬富集的特點生長在被重金屬污染的土壤中的植物,其體內(nèi)必然會發(fā)生重金屬累積。維諾格拉多夫指出,植物累積化學(xué)元素的情況至少可以分為兩種類型:a由于某區(qū)環(huán)境中元素含量高,該區(qū)全部有機(jī)體中該化學(xué)元素的含量均高;b某種有機(jī)體(經(jīng)常是某一個屬)能特別聚集某種化學(xué)元素。同一種類的植物對不同的重金屬元素的吸收富集能力不同,不同種類的植物對同一種重金屬元素的吸收富集能力也不同。植物從土壤中吸收的這些元素,首先在根中積累,然后有一部分被運到植物體的

9、其它部位。植物對金屬元素的吸收積累,除與環(huán)境中金屬元素的含量有關(guān)以外,還和這種元素對植物的有效性、土壤的pH值及光溫等生態(tài)因素有關(guān).3.2植物對重金屬的吸收轉(zhuǎn)移機(jī)理 a重金屬到達(dá)植物根或葉表面 b重金屬跨根細(xì)胞膜運輸 c不帶電荷分子的跨膜擴(kuò)散 d帶電離子的跨膜擴(kuò)散 重金屬到達(dá)根表面,主要有兩條途徑:一條是質(zhì)體流途徑,即污染物隨蒸騰拉力,在植物吸收水分時與水一起到達(dá)植物根部;另一條途徑是擴(kuò)散途徑,即通過擴(kuò)散而到達(dá)根表面。在土壤中,重金屬的擴(kuò)散一般遵循Fikc的第二法則,它的平均擴(kuò)散距離為 式中,d是平均擴(kuò)散距離,cm:D是擴(kuò)散系數(shù),cmZ/s;T是時間,s。a重金屬到達(dá)植物根或葉表面b重金屬跨根

10、細(xì)胞膜運輸 植物吸收環(huán)境中的重金屬有兩種方式:一種是細(xì)胞壁等質(zhì)外空間的吸收;一種是重金屬透過細(xì)胞質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞的生物過程。重金屬透過細(xì)胞膜的過程,可以用物理化學(xué)的原理進(jìn)行解釋。c不帶電荷分子的跨膜擴(kuò)散 假設(shè)分子從膜一側(cè)通過膜進(jìn)入另一側(cè)的速度為V: V=PA(c1一c2) P為膜的擴(kuò)散系數(shù);A為脂質(zhì)區(qū)域的面積;c1、c2分別為膜外側(cè)與膜內(nèi)側(cè)的溶質(zhì)濃度。 另有研究表明,溶質(zhì)分子在有機(jī)相的溶解度與膜對溶質(zhì)分子的透性有關(guān);溶質(zhì)分子的大小也是一個非常重要的因素,它能影響溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)D, D=D0M-1.22 D0為單位分子質(zhì)量的溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù);M為相對分子質(zhì)量。溶質(zhì)分子進(jìn)入細(xì)胞的速度受水,生物膜之間的分配

11、系數(shù)和相對分子質(zhì)量制約,具有相同分配系數(shù)而又有較小相對分子質(zhì)量的溶質(zhì)則通透性較快。d帶電離子的跨膜擴(kuò)散金屬離子(或水合離子)從膜的外側(cè)進(jìn)入膜時,要從介電常數(shù)較高的水溶液中進(jìn)入介電常數(shù)較低的類脂雙層膜,這要克服很高的位壘。根據(jù)兩相(水相和脂質(zhì)相)中吉布斯(Gibbs)自由能的變化,可得到金屬離子在水溶液中和磷脂雙分子層間的分配系數(shù):式中, cmax、cwat為膜相、水相中重金屬離子濃度; 0 (w)為水溶液中標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)勢:0 (m)為磷脂膜表面的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)勢;R為氣體常數(shù);T為絕對溫度。離子的電荷與半徑是決定分配系數(shù)的重要因素。僅僅靠擴(kuò)散,金屬離子是很難進(jìn)入和通過擴(kuò)散膜的。一般說來,金屬離子的跨膜運

12、輸是需要能量的?？缒み\輸有兩種方式: 其一是順電化學(xué)梯度的被動運輸,能量主要來源于產(chǎn)生并保持膜兩側(cè)的電化學(xué)梯度; 其二是逆電化學(xué)梯度的主動運輸。促進(jìn)離子運輸?shù)尿?qū)動力是化學(xué)勢、電位差及具有電特性的力如摩擦力等。重金屬一旦進(jìn)入根系,可貯存在根部或運輸?shù)降厣喜?。從根表面吸收的重金屬能橫穿根的中柱,被送入導(dǎo)管,進(jìn)入導(dǎo)管后隨蒸餾拉力向地上部移動。一般認(rèn)為穿過根表面的金屬離子到達(dá)內(nèi)皮層可能有兩種通路;第一條第一條為非共質(zhì)體(質(zhì)外體)通道,即金屬離子和水在根內(nèi)橫向遷移,到達(dá)內(nèi)皮層是通過細(xì)胞壁和細(xì)胞間隙等質(zhì)外空間;第二條第二條是共質(zhì)體通道,即通過細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)流動和通過細(xì)胞之間相連接的細(xì)胞質(zhì)通道。由于內(nèi)皮層上有

13、凱氏帶,金屬離子不能通過,只有轉(zhuǎn)入共質(zhì)體后,才能進(jìn)入木質(zhì)部導(dǎo)管,因此重金屬在內(nèi)皮層的共質(zhì)體內(nèi)運輸是其轉(zhuǎn)運到地上部的限制性步驟。重金屬進(jìn)入根細(xì)胞質(zhì)后,可以游離金屬離子形態(tài)存在。但細(xì)胞質(zhì)中游離金屬離子過多,對細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用,干擾細(xì)胞的正常代謝,因而細(xì)胞質(zhì)中金屬可能與細(xì)胞質(zhì)中的有機(jī)酸、氨基酸、多肽和無機(jī)物等結(jié)合,通過液泡膜上的運輸體或通道蛋白轉(zhuǎn)入液泡中。但對于超積累植物,金屬阻隔在液泡中對其轉(zhuǎn)運到地上部分是不利的,因而在超積累植物的液泡膜上可能存在一些特殊的運輸體,能把暫時貯存在液泡中的金屬裝載到木質(zhì)部導(dǎo)管。3.3重金屬在植物體內(nèi)的運移重金屬在根共質(zhì)體內(nèi)運輸3.3重金屬在植物體內(nèi)的運移重金屬在木質(zhì)

14、部運輸 金屬離子從根系轉(zhuǎn)移到地上部分主要受兩個過程的控制:從木質(zhì)部薄壁細(xì)胞轉(zhuǎn)載到導(dǎo)管和載導(dǎo)管中運輸,后者主要受根壓和蒸騰流的影響?？傊?植物從根際吸收重金屬,并將其積累到地上部,這過程包括許多環(huán)節(jié)和調(diào)控位點: a 跨根細(xì)胞質(zhì)膜運輸;b根皮層細(xì)胞中橫向運輸;c從根系的中柱薄壁細(xì)胞裝載到木質(zhì)部導(dǎo)管;d木質(zhì)部中長途運輸;e從木質(zhì)部卸載到葉細(xì)胞跨葉細(xì)胞膜運輸;f跨葉細(xì)胞的液泡膜運輸。重金屬對植物的毒害效應(yīng)并不是僅僅破壞某一個單一的器官，而是對植物細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)和非膜結(jié)構(gòu)、生化反應(yīng)和生理活動的整體傷害，只是由于植物細(xì)胞內(nèi)的各細(xì)胞器對重金屬的耐受程度存在差異，各細(xì)胞器所表現(xiàn)出來的癥狀才有些差別。 A A對細(xì)

15、胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響對細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響重金屬對線粒體的結(jié)構(gòu)與功能的影響:線粒體結(jié)構(gòu)的損傷，會導(dǎo)致其內(nèi)部的電子傳遞體系和氧化磷酸化循環(huán)受阻，從而導(dǎo)致細(xì)胞呼吸作用減弱，有氧糖代謝受阻，最終影響植物的呼吸作用。重金屬對液泡的結(jié)構(gòu)與功能的影響:液泡是來源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體的由單位膜包裹而成的囊泡，它的內(nèi)部是一個水溶體系，含有大量的離子和代謝物質(zhì)，是植物細(xì)胞的一個自我調(diào)解體系和內(nèi)部環(huán)境.液泡是植物細(xì)胞代謝副產(chǎn)品及廢物囤積場所，其內(nèi)部含有的多種有機(jī)酸、有機(jī)堿、蛋白質(zhì)等物質(zhì)都能與重金屬結(jié)合而使重金屬離子在細(xì)胞內(nèi)被區(qū)隔化，將重金屬分隔在特定區(qū)域，可以減少其對細(xì)胞的破壞作用。由此可以看出液泡對植物細(xì)胞防止重金屬對

16、自身的毒害起著重要的保護(hù)作用。3.4重金屬對植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響 B對植物細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響對植物細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響重金屬對細(xì)胞核結(jié)構(gòu)和功能的影響:重金屬對細(xì)胞核超微結(jié)構(gòu)的損害主要表現(xiàn)為：雙層核膜結(jié)構(gòu)分離、結(jié)構(gòu)受損，染色質(zhì)凝集，核仁解體，出現(xiàn)微核。重金屬對質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)與功能的影響:當(dāng)植物受到重金屬傷害時，質(zhì)膜是率先受到影響的細(xì)胞結(jié)構(gòu)重金屬脅迫導(dǎo)致細(xì)胞膜的改變無疑會使膜的透性增加，一些研究也給予了充分的證實。重金屬對葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能的影響:葉綠體是植物細(xì)胞所特有的能量轉(zhuǎn)換器，其超微結(jié)構(gòu)與光合功能密切相關(guān)。葉綠體超微結(jié)構(gòu)對重金屬比較敏感，它的損害通常是引起植物死亡的原因之一。 葉綠體膜系統(tǒng)受損，可以

17、使分解葉綠素的酶活性增強(qiáng)，從而導(dǎo)致葉綠素的降解。類囊體的破壞還會使合成葉綠素的酶因失去骨架而不能發(fā)揮正常的功能，使得葉綠素的含量下降。葉綠素含量的下降會直接導(dǎo)致植物光合作用的效率降低，從而對植物的生理生化代謝產(chǎn)生巨大的毒害作用當(dāng)植物受到高溫等其他脅迫時葉綠體同樣出現(xiàn)基質(zhì)類囊體空泡化，葉綠體光合作用的功能逐步喪失的現(xiàn)象。舉例：硼對植物的毒害癥狀硼（X）是植物必需的一種營養(yǎng)元素，如果土壤中數(shù)量不足將會導(dǎo)致植物營養(yǎng)缺乏，但是如果過量存在將可能對植物產(chǎn)生毒害。硼在植物體內(nèi)運輸主要受蒸騰作用蒸騰作用調(diào)控，因而硼中毒現(xiàn)象常發(fā)生在葉片上,不同植物在高硼介質(zhì)中所表現(xiàn)的葉片中毒癥狀亦不同： 一、毒害癥狀首先出現(xiàn)

18、在頂端葉片，隨暴露時間延長，毒害最嚴(yán)重部位轉(zhuǎn)變?yōu)榛咳~片，如栒子屬，梔子屬，木犀屬植物葡萄； 二、毒害癥狀首先出現(xiàn)在基部葉片，逐漸波及到上部葉片，隨處理時間延長毒害最嚴(yán)重部位仍為基部葉片，如綠豆，大麥，豌豆，苜蓿； 三、毒害癥狀首先出現(xiàn)在頂端葉片，隨處理時間延長毒害最嚴(yán)重部位為中部葉片，如上海青，小白菜。舉例：木本植物對重金屬的毒害響應(yīng) 木本植物以其特有的生物學(xué)特性,對土壤重金屬具有一定的吸收蓄積能力,如刺槐、毛白楊、垂柳、接骨木、臭椿、油松、馬尾松、木麻黃、小葉榕等對重金屬均有較強(qiáng)的抗性或吸收能力。紙皮樺能富集10gg-1WD(干重)的Hg而不中毒。速生樹種楊柳類植物內(nèi)積累的鎘與汞的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

19、分別達(dá)34.93 mgkg-1WD和47.19 mgkg-1WD,超過對照植株10倍以上,生長未見異常。刺槐毛白楊接骨木接骨木 木麻黃木麻黃小葉榕3.5重金屬對木本植物的毒害效應(yīng) 3.51對木本植物生長的影響 3.52對礦質(zhì)營養(yǎng)的影響 3.53對酶活性的影響 3.54對光合作用的影響 3.55對木本植物的遺傳損傷與影響海棠檳榔楊桃番石榴 重金屬污染對木本植物最直觀的影響表現(xiàn)于生長遲緩，植株矮小、褪綠,生長量下降等。他可結(jié)合在細(xì)胞壁上,導(dǎo)致中膠層中果膠的交聯(lián),這種交聯(lián)可能是細(xì)胞伸長生長受抑的原因,使植株生長受到抑制。 陳志澄等將Al加入到無土栽培營養(yǎng)液中,對龍眼、荔枝、黃皮3種果樹幼苗進(jìn)行培植,

20、結(jié)果表明,隨著栽培液中Al濃度升高,龍眼、荔枝、黃皮果樹的生長均受到影響,果樹的根長、須根量均減少,高Al時根尖黑褐,葉片失水或枯萎。3.51對木本植物生長的影響 重金屬進(jìn)入土壤后除本身有可能產(chǎn)生毒性外,還可通過拮抗或協(xié)同作用,造成木本植物營養(yǎng)失調(diào)。 陳志澄等研究發(fā)現(xiàn),隨Al濃度升高,龍眼和荔枝對營養(yǎng)物質(zhì)N、K、Ca的吸收下降,尤以龍眼對K、Ca的吸收影響較大,但對于黃皮,低量Al能增加其對K、Ca的吸收,高Al仍使其對營養(yǎng)物質(zhì)吸收下降。3.52對礦質(zhì)營養(yǎng)的影響板栗3.53對酶活性的影響 重金屬通過酶促作用而對光合、呼吸、代謝等產(chǎn)生不良影響。酶屬于蛋白質(zhì)范疇,重金屬脅迫可導(dǎo)致酶活性的失活、變性

21、,甚至酶的破壞。枳屬木本植物：雞爪梨3.54對光合作用的影響 葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的場所,葉綠素含量的多少直接影響光合能力的強(qiáng)弱。許多研究表明,重金屬脅迫抑制植物的光合作用,且抑制的程度與脅迫的程度呈正相關(guān),另外,光合降低也與植物種類和發(fā)育時期以及重金屬的種類有關(guān)。鋁脅迫可影響龍眼幼苗光合作用,導(dǎo)致光合效率降低,葉綠素、類胡蘿卜素含量,葉綠素a與葉綠素b的比值、凈光合速率、CO2飽和點均下降。過量銅可極顯著地降低蘋果(Malus pumilaMill)葉片葉綠素含量。覆盆子紅梅系列3.55對木本植物的遺傳損傷與影響 受重金屬污染的植物,體內(nèi)細(xì)胞核、核仁嚴(yán)重遭到破壞,染色體發(fā)生不同程度的畸變,直接或間接地影響了細(xì)胞中DNA和染色體的合成和復(fù)制,核酸代謝失調(diào)。重金屬可以影響DNA和RNA的含量,而DNA和RNA通過轉(zhuǎn)錄和翻譯與蛋白質(zhì)合成有關(guān),因此,還可以利用重金屬抑制DNA和RNA的合成去解釋重金屬抑制蛋白質(zhì)的合成。另一方面,也可通過蛋白質(zhì)表達(dá)的差異來推測基因序列的差異。植物在短期污染下其遺傳多樣性水平降低,遺傳毒害效應(yīng)明顯,但隨時間推移以及人工選擇作用的加強(qiáng),核酸代謝活性變化趨向于正常值,遺傳多