【摘 要】重金属污染条件下，植物生产缓慢，主要是根细胞机构受到影响，造成破坏，从而影响植物生产。本文以隔浓度研究说明，重金属污染对根系形态有着强烈的影响。重金属胁迫下，植物根际pH，氧化还原电位，根际分泌物，根际微生物发生改变。

　　【关键词】重金属；危害；根系；影响

　　1 重金属污染的现状及危害

　　重金属是指密度大于5.09/cm3的一类金属元素，其中包括汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、镍（Ni）等多种金属元素。随着工业的发展，采矿和冶炼等“三废”排放、土地城市化、工业化、汽车尾气排放以及农业的集约化经营，土壤和水体中受重金属元素Cd、Pb和Ni等污染日趋严重。据统计，我国目前受重金属污染的耕地面积占全国耕地总面积的16%，每年因土壤污染而损失的粮食产量达1000万吨。不少城市土壤和水体中重金属污染超标率高达50%以上，有些甚至超标浓度高达50多倍。

　　2 重金属污染对根系形态的影响

　　重金属污染条件下，植物的根生物量一般会随重金属浓度的升高而下降，本研究结果也显示低浓度的镉处理对梧桐幼苗根生物量影响不大，而随着镉溶液浓度的增加，其根的生长受到强烈影响，生物量迅速减少。而且的根系受到高浓度镉的影响，生长缓慢，15到30 d之间几乎没有任何生长。结合测定时对根系肉眼观察，高浓度处理条件下根系呈现褐色，长时间处理则表现出黑色坏死状。所以推断，高浓度镉溶液条件下，重金属镉破坏了根系细胞的正常结构，造成细胞破裂坏死，从而影响了根的正常发育生长，造成高浓度镉溶液条件下梧桐幼苗根系生物量的减少。高浓度镉处理条件下根系生物量的减少是通过根系的形态变化来实现的。一般的研究结果表明，高浓度重金属胁迫条件下，根的长度变短，根系变小。本试验研究结果也表明，重金属镉处理梧桐幼苗以后，高浓度处理降低根长，导致根体积和根表面积的减少，这可能是因为：在高浓度条件下，镉引起根尖细胞分裂受阻，细胞结构遭到破坏，特别是表皮细胞的崩解脱落导致未成熟细胞的死亡，降低了根对水分的吸收，从而影响了根的正常生理， 造成根系生长受阻。另一方面高浓度镉还强烈抑制了梧桐根尖数的产生和分叉数的形成，从而抑制了整个根系的横向发育，造成高浓度下根系变小的现象。低浓度镉胁迫下对植物根系形态的研究较少，而本研究结果表明，在低浓度镉处理条件下，对根系形态影响更明显。一方面，低浓度（1mg/L）处理组与对照相比，根长并没有太大变化，但是根体积和根表面积却增加显著，可能是因为低浓度时，镉促进了幼苗根系产生较多的根微毛，从而表现出根长不变的情况下根表面积和根体积增加的现象。另外一方面，在低浓度（1mg/L）时，镉对根长的延伸影响不大，但是根尖的数目却明显减少，即低浓度的镉不影响根尖的生长，但影响根尖的发生。这一现象目前还没有很好的解释，有待进一步的研究.而且本研究还发现，重金属镉对梧桐幼苗根纵向生长（根长、根表面积、根体积）发生较大影响的浓度为20mg/L，而对根横向生长（根尖和根系分叉数）的较明显的影响发生在5mg/L时，说明，重金属镉对梧桐幼苗根系的横向生长影响要大于对根的纵向生长方面。其中对根尖的发生在短时间和低浓度上都表现的最为明显（图1）。

　　3 金属胁迫下的根际pH、Eh特征

　　3.1 根际pH环境

　　由于植物根系的作用根际pH状况明显不同于土体，其变化范围可高于或低于土体 1-2单位。 不同植物种类之间根际pH的变化存在很大差异，禾本科植物对氮肥的形态比较敏感，吸收铵态氮则根际pH下降，吸收硝态氮则根际pH上升。 而一些豆科植物不论是吸收铵态氮还是硝态氮， 都会导致根际pH下降。荞麦的表现又有所不同，其体内似乎有一种自动调节根际pH变化的机制： 当根系吸收硝态氮时 ，先使根际pH升高，上升到一定程度时又迅速下降，以保持根系生长的最适pH条件。对一些耐低营养的基因型植物的研究发现，在养分贫瘠的条件下，植物根系往往分泌出大量的有机酸，使得根际环境酸化，从而使根际铁、磷等养分得到活化。阴阳离子吸收的不平衡是造成根际的pH变化的主要原因。此外，肥料的类型、土壤缓冲性能、根系呼吸和微生物代谢产生的CO2等也将对根际pH产生一定的影响。

　　研究发现，重金属环境胁迫对根际pH也将产生较大的影响。 Kennedy等（1986）的研究表明，Cd对根系透根电位（transroot potential）和根系H+分泌存在抑制作用，在培养液中50μmol·L -1的 Cd2+能使质子泵受抑60%（Hynes，1990），而根系质子的原初主动分泌（质子泵）为细胞膜上的ATP酶所催化，是阴阳离子透过质膜的次级运转的动力来源（Hynes，1990），这表明了Cd等重金属可通过影响根系对阴阳离子的吸收平衡来影响根系代谢，进而影响根际环境特征。根际pH环境的变化，将直接或间接地对重金属在根际中的固定和活化状况产生影响，同时也是植物对重金属抗性的重要机理之一。禾本科植物在缺铁胁迫下可诱导根系分泌质子作用加强，造成根际pH下降，铁元素得到活化，但与此同时，也提高了根际重金属的迁移活化性能，使得重金属的毒性增强。Chen等（1992）的研究发现随着黄棕壤根际pH的提高或红壤根际pH的下降，根际土对Cd的吸附也将相应地增强或减弱。周建华等对大麦不同品种耐铝性与溶液pH的研究发现，同样的氮素供应条件下，耐性大麦品种根际pH水平高于敏感性品种，研究认为具有较高耐铝性的大麦品种对铝的抗性的获得与其根际pH的自动调节机制有很大关系。就一般重金属而言，pH的降低可导致碳酸盐和氢氧化物结合态重金属的溶解、释放，同时也趋于增加吸附态金属的释放。因此，根际的酸化将导致重金属的活化，使其毒性增强，反之pH的增加，则有利于重金属的固定，使其迁移能力降低，毒性减弱。但类金属砷的情况有所不同，其在溶液中常呈阴离子态存在，当pH在强酸或强碱的条件下，溶解度反而增加。这些形态上的改变，都将影响其活性，并进一步影响其在土壤-植物系统中的迁移转化状况。

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