全球变化下的重金属污染与外来植物入侵

发布时间：2020-01-31 00:35

【摘要】：最近十几年来,全球变化一直是生态学研究的热点。而关于外来植物入侵与其他全球变化因子交互关系的研究,主要集中在气候变暖及氮沉降对外来植物入侵力的影响。结合重金属污染和外来植物入侵这2个重要的全球变化因子,从植物对重金属的高耐受、富集及相应解毒与生物抗性可能对外来植物成功入侵的机制进行初步讨论。旨在探讨化学污染和植物入侵之间的相互关系,以期为全球变化背景下的入侵生态学的研究提供新的研究思路。
【图文】：

从生物学来说，重金属是指一系列即使是在低浓度也能对人类及其他生物造成伤害的金属及亚金属。在土壤中，重金属不易被迁移，不能被生物降解，有些甚至会发生化学反应从而使毒性增大1倍，尤其对农作物产生巨大影响，从而严重影响农业等经济生产。同时重金属(如As、Cd、Hg、Pb等)能被富集，随着生物链层层递增，可对生态系统中的动物、人类造成极大伤害［32］。重金属的毒性有可能是对生物体各种生理过程的干扰。比如，使酶失活、打乱新陈代谢过程中重要的官能团分子，或是替换重要的元素以及破坏膜的完整性等细胞水平的破坏。重金属毒性最常见的表现是增加了与电子转移相关的活性氧的产生［33－34］，而活性氧的增加会导致脂质过氧化、膜分解、离子泄露以及DNA损伤等氧化胁迫［35］。3重金属富集自然界中，尽管大多数的植物对重金属敏感，但有些植物能够较其他植物耐受更高的重金属浓度，或者通过各种反应机制将重金属排除在外，阻止其进入体内。然而，存在许多能够主动对重金属进行超量富集的植物，如重金属超富集植物龙葵(SolanumnigrumL．)能够超富集Cd［36］、蜈蚣草(PterisvittataL．)能够超富集As［37］等。3．1植物对重金属的富集植物对锌、铁等必需金属元素的吸收是由于编码阳离子在质膜的相关转运蛋白相关基因ZIP的表达。通常，，在非超富集植物中，这些基因只有在锌缺乏的情况下才会表达［38］，而在超富集植物中这些基因会持续表达以从体外大量转运锌、铁等重金属至体内［39－41］。这些转运蛋白可能也有助于植物对一些非必需金属的吸收。比如，增加锌的浓度有助于超富集植物天蓝遏蓝菜(Thlaspicaerulescens)和鼠耳芥(Arabidopsishalleri)对镉的吸收，这表明镉离子是通过锌的转运蛋白通道流?

从生物学来说，重金属是指一系列即使是在低浓度也能对人类及其他生物造成伤害的金属及亚金属。在土壤中，重金属不易被迁移，不能被生物降解，有些甚至会发生化学反应从而使毒性增大1倍，尤其对农作物产生巨大影响，从而严重影响农业等经济生产。同时重金属(如As、Cd、Hg、Pb等)能被富集，随着生物链层层递增，可对生态系统中的动物、人类造成极大伤害［32］。重金属的毒性有可能是对生物体各种生理过程的干扰。比如，使酶失活、打乱新陈代谢过程中重要的官能团分子，或是替换重要的元素以及破坏膜的完整性等细胞水平的破坏。重金属毒性最常见的表现是增加了与电子转移相关的活性氧的产生［33－34］，而活性氧的增加会导致脂质过氧化、膜分解、离子泄露以及DNA损伤等氧化胁迫［35］。3重金属富集自然界中，尽管大多数的植物对重金属敏感，但有些植物能够较其他植物耐受更高的重金属浓度，或者通过各种反应机制将重金属排除在外，阻止其进入体内。然而，存在许多能够主动对重金属进行超量富集的植物，如重金属超富集植物龙葵(SolanumnigrumL．)能够超富集Cd［36］、蜈蚣草(PterisvittataL．)能够超富集As［37］等。3．1植物对重金属的富集植物对锌、铁等必需金属元素的吸收是由于编码阳离子在质膜的相关转运蛋白相关基因ZIP的表达。通常，在非超富集植物中，这些基因只有在锌缺乏的情况下才会表达［38］，而在超富集植物中这些基因会持续表达以从体外大量转运锌、铁等重金属至体内［39－41］。这些转运蛋白可能也有助于植物对一些非必需金属的吸收。比如，增加锌的浓度有助于超富集植物天蓝遏蓝菜(Thlaspicaerulescens)和鼠耳芥(Arabidopsishalleri)对镉的吸收，这表明镉离子是通过锌的转运蛋白通道流?

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