第20卷第5期2000年9月生 态 学 报Vol.20,No.5Sept.,2000铝对植物毒害及植物抗铝作用机理
孔繁翔1,桑伟莲1,蒋 新2,王连生1
(11南京大学环境学院 污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京 210093;21中国科学院南京土壤研究所,南京 210008)
摘要:综述了有关铝对植物的毒害及植物耐铝机理的研究成果。铝可以从植物的不同生物水平上影响植物的生长;不同植物耐受铝的能力不同,耐受性植物可在机体内形成各种耐受机制,以抵抗环境中铝的压力。态系统恢复具有应用前景。
关键词:铝;毒性;植物耐受性
Aluminumtoxicity121KONGFan,2Lian,ANGLian2Sheng (StateKey
LofrcesSoftheEnvironment,NanjingUniversity,Nanjing210093,Ch;ofS,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China)
:Tispaperreviewsthestudiesaboutaluminumtoxicityandtoleranceinplants.Aluminumcan
.Differentplantshavedifferenttolerancetoaluminum,andtheaffectthegrowthofplantsateverylevel
resistantplantscanformsomemechanismstoadapttothestressofaluminum.
Keywords:aluminum;phytoxicity;tolerance
文章编号:100020933(2000)0220855208 中图分类号:Q142,Q94811,X171 文献标识码:A
酸雨是世界环境问题之一,亦是我国的重大环境问题。酸雨导致土壤酸化,提高有毒金属离子浓度,毒害森林和农作物,已对世界经济产生了不可估量的损失,对人类生存也构成了严重威胁。由酸雨引起地球之肺——巴西亚玛逊热带雨林的大面积毁坏,以及酸雨严重地区的农作物减产已引起世界各国政治家和科学家的关注。但是,从目前的发展趋势来看,这种状况在短时期内很难得到明显的改善。因为土壤一旦受到金属离子的污染,很难消除;而引起酸雨的大气污染在世界范围内仍未得到有效的控制。因此,在研究酸沉降对生物影响的基础上,提出有效对策,将是人类面临的一项长期并带有普遍性的任务。
面临如此巨大的环境变化,植物为了生存,就要力求使自身适合于这种变化,适应是植物在生长发育过程中对逆境所形成的一定程度抵抗力。适应可以发生在形态结构上,这是达尔文学说的基本思想,并已得到了充分的事实证据;而生理生化上的适应,即分子水平上发生的相应变化研究,则仅是在近几十年才有了进展。目前,国内外学者已经筛选出许多对Al有耐性的森林树种和农作物品种,前者如松树、纸桦皮、红树、茶树等,后者小麦、玉米、水稻、马铃薯、大豆、高粱等。选择抗Al植物,进一步研究植物对土壤酸化适应的分子生物学基础,可以掌握植物对恶劣环境的反应规律,有目的地寻找抗性强的树木和农作物品种,这在分子水平上阐明环境与生物的相互作用关系,进一步认识酸雨的生物学效应,提出受损生态系统恢复的有效对策均有理论意义和实际应用前景。
国内外有关铝对植物的毒性和植物的抗性研究已有许多报道,人们试图在分子生物学水平上进行研究,同时筛选出抗性较强的植物以适应环境。但这一领域还有许多基础理论研究亟待加强。本文总结了近年来的研究成果,以探讨铝对植物的作用机理及植物的抗铝机制,为受损土壤环境中的生态系统恢复提供基金项目:国家自然科学基金资助项目(39470150)和国家重点基础发展规划资助项目(G[1**********]3)
收稿日期:1998206219;修订日期:1999206210
作者简介:孔繁翔,(1957～),男,江苏人,博士,副教授。主要从事环境生物学的研究和教学工作。
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理论根据和技术储备。
1 环境中铝的化学形态生 态 学 报20卷
铝是地壳中含量最丰富的金属元素,占其质量的7%左右。在自然条件下,它主要以铝硅酸盐形式存在,生物可利用性很小。但近年来由于农业化肥的使用及酸雨影响,使土壤酸化,铝的溶出增加[1]。大多数植物对铝极为敏感,因而铝成为酸性土壤中抑制植物生长的一个重要因素[2]。环境中铝的化学形态随着环境条件的不同而异,这是限制铝作用机理研究的一个重要因素。当环境中存在F-、SO2-4等离子时,铝会形成Al2F,Al2SO4等络合物;另外,土壤中天然配位体如腐殖酸、多酚类也具有螯合铝的作用,这些络合铝对生物的毒性很小。没有形成络合物的铝的存在形态与环境的pH值相关。在碱性条件下,单体羟基铝络离子发生聚合反应生成一系列聚合羟基形态,这些形态的铝对生物的毒性很小;在中性环境中,铝则形成了Al2(OH)3固体;当环境pH值小于6.0时,铝将以Al3+,Al(OH)2+,Al(OH)+2形式存在,存在的Al13聚合物是一种毒性很大的铝聚合物[4]。[5铝以毒性较大的形态溶出,危害森林和农作物。
2 铝对植物的毒害
,,也可与脂质、糖类、,,从而抑制植物的生长。
。Samuels等试验表明,对11Λ可见,mol时,其根部组织中的铝积累量高达546.0Λg
第20卷第5期2000年9月生 态 学 报Vol.20,No.5Sept.,2000铝对植物毒害及植物抗铝作用机理
孔繁翔1,桑伟莲1,蒋 新2,王连生1
(11南京大学环境学院 污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京 210093;21中国科学院南京土壤研究所,南京 210008)
摘要:综述了有关铝对植物的毒害及植物耐铝机理的研究成果。铝可以从植物的不同生物水平上影响植物的生长;不同植物耐受铝的能力不同,耐受性植物可在机体内形成各种耐受机制,以抵抗环境中铝的压力。态系统恢复具有应用前景。
关键词:铝;毒性;植物耐受性
Aluminumtoxicity121KONGFan,2Lian,ANGLian2Sheng (StateKey
LofrcesSoftheEnvironment,NanjingUniversity,Nanjing210093,Ch;ofS,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China)
:Tispaperreviewsthestudiesaboutaluminumtoxicityandtoleranceinplants.Aluminumcan
.Differentplantshavedifferenttolerancetoaluminum,andtheaffectthegrowthofplantsateverylevel
resistantplantscanformsomemechanismstoadapttothestressofaluminum.
Keywords:aluminum;phytoxicity;tolerance
文章编号:100020933(2000)0220855208 中图分类号:Q142,Q94811,X171 文献标识码:A
酸雨是世界环境问题之一,亦是我国的重大环境问题。酸雨导致土壤酸化,提高有毒金属离子浓度,毒害森林和农作物,已对世界经济产生了不可估量的损失,对人类生存也构成了严重威胁。由酸雨引起地球之肺——巴西亚玛逊热带雨林的大面积毁坏,以及酸雨严重地区的农作物减产已引起世界各国政治家和科学家的关注。但是,从目前的发展趋势来看,这种状况在短时期内很难得到明显的改善。因为土壤一旦受到金属离子的污染,很难消除;而引起酸雨的大气污染在世界范围内仍未得到有效的控制。因此,在研究酸沉降对生物影响的基础上,提出有效对策,将是人类面临的一项长期并带有普遍性的任务。
面临如此巨大的环境变化,植物为了生存,就要力求使自身适合于这种变化,适应是植物在生长发育过程中对逆境所形成的一定程度抵抗力。适应可以发生在形态结构上,这是达尔文学说的基本思想,并已得到了充分的事实证据;而生理生化上的适应,即分子水平上发生的相应变化研究,则仅是在近几十年才有了进展。目前,国内外学者已经筛选出许多对Al有耐性的森林树种和农作物品种,前者如松树、纸桦皮、红树、茶树等,后者小麦、玉米、水稻、马铃薯、大豆、高粱等。选择抗Al植物,进一步研究植物对土壤酸化适应的分子生物学基础,可以掌握植物对恶劣环境的反应规律,有目的地寻找抗性强的树木和农作物品种,这在分子水平上阐明环境与生物的相互作用关系,进一步认识酸雨的生物学效应,提出受损生态系统恢复的有效对策均有理论意义和实际应用前景。
国内外有关铝对植物的毒性和植物的抗性研究已有许多报道,人们试图在分子生物学水平上进行研究,同时筛选出抗性较强的植物以适应环境。但这一领域还有许多基础理论研究亟待加强。本文总结了近年来的研究成果,以探讨铝对植物的作用机理及植物的抗铝机制,为受损土壤环境中的生态系统恢复提供基金项目:国家自然科学基金资助项目(39470150)和国家重点基础发展规划资助项目(G[1**********]3)
收稿日期:1998206219;修订日期:1999206210
作者简介:孔繁翔,(1957～),男,江苏人,博士,副教授。主要从事环境生物学的研究和教学工作。
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理论根据和技术储备。
1 环境中铝的化学形态生 态 学 报20卷
铝是地壳中含量最丰富的金属元素,占其质量的7%左右。在自然条件下,它主要以铝硅酸盐形式存在,生物可利用性很小。但近年来由于农业化肥的使用及酸雨影响,使土壤酸化,铝的溶出增加[1]。大多数植物对铝极为敏感,因而铝成为酸性土壤中抑制植物生长的一个重要因素[2]。环境中铝的化学形态随着环境条件的不同而异,这是限制铝作用机理研究的一个重要因素。当环境中存在F-、SO2-4等离子时,铝会形成Al2F,Al2SO4等络合物;另外,土壤中天然配位体如腐殖酸、多酚类也具有螯合铝的作用,这些络合铝对生物的毒性很小。没有形成络合物的铝的存在形态与环境的pH值相关。在碱性条件下,单体羟基铝络离子发生聚合反应生成一系列聚合羟基形态,这些形态的铝对生物的毒性很小;在中性环境中,铝则形成了Al2(OH)3固体;当环境pH值小于6.0时,铝将以Al3+,Al(OH)2+,Al(OH)+2形式存在,存在的Al13聚合物是一种毒性很大的铝聚合物[4]。[5铝以毒性较大的形态溶出,危害森林和农作物。
2 铝对植物的毒害
,,也可与脂质、糖类、,,从而抑制植物的生长。
。Samuels等试验表明,对11Λ可见,mol时,其根部组织中的铝积累量高达546.0Λg