Metal Toxicity in Higher Plants

高等植物中的金属毒性

作者：Marco Landi (Editor), Sergiy A. Shemet (Editor), Volodymyr S. Fedenko

出版：NOVA Press

索书号：Q948.116/M587/2019/ Y

ISBN: 978-1-53616-789-4

藏书地点:武大外教中心

金属是重要的环境污染物，由于生态，营养和环境原因，它们的毒性是一个越来越重要的问题。这些污染物最终来自越来越多的不同人为来源（工业废水和废物，城市径流，污水处理厂，划船活动，农业杀菌剂径流，生活垃圾场和采矿作业），逐渐影响了越来越多不同的生态系统。本书批判性地回顾了与植物中不同金属的特定作用相关的现有文献，并提供了有关植物 - 金属相互作用的新证据，以阐明金属摄取，易位和分配的机制以及金属毒性的作用。已经描述了与食品中金属积累有关的后果。还讨论了植物为应对金属过剩而采用的生理和生化机制，以及对金属污染土壤植物修复的可能影响。这本书是关于植物中金属毒性的全面概述，它将对在这个研究领域工作的科学家有用，但它也对环保主义者，政策制定者和资源管理者具有实际意义。

介绍植物经常面临生物和非生物因素引起的不同环境胁迫，最终影响其生长发育。生物压力是由生物引起的，比如昆虫，线虫、细菌、真菌等。另一方面，非生物胁迫产生于高温或低温、光照、干旱、盐度和重金属。其中，由于环境污染的加剧，重金属毒性已成为人们关注的主要问题。由于金属是不可分解的，它们经常导致有害的生物效应。植物的生长发育需要各种各样的重金属，但过量的重金属对植物是致命的。如果植物体内的金属含量超过正常水平，植物就会受到重金属胁迫的不利影响。高浓度的金属可以直接影响植物，如氧化胁迫对细胞质酶的抑制和对细胞组装的破坏。重金属是很重要的环境污染物在生态、进化、营养和环境方面具有毒性作用。它们具有比水更高的原子量和密度，即使在低浓度下也具有毒性。重金属包括钴、镍、铜、锌、硒、银、锑、铊、砷、镉、汞、铅和铊。砷、镉、铬、铅和汞被视为最重要的元素，因为它们具有高度的毒性，被列为优先元素。这些因素对人类健康和环境产生不利影响。重金属的来源既有自然的，也有人为的。采矿和冶炼作业以及农业活动已经污染了世界上的一些地区，如日本和印度尼西亚。

重金属毒性会阻碍植物生长、植物功能，并成为代谢过程的障碍，会干扰重金属和巯基之间形成的键形成的蛋白质结构构建块，阻碍重要细胞分子的功能团，破坏色素或酶等生物分子中基本金属的功能，严重影响质膜的完整性，导致植物呼吸、光合作用和酶活性等重要活动的控制。较高水平的重金属导致活性氧(ROS)的产生增加，如超氧自由基，羟基自由基(OH_)或非自由基，如过氧化氢(H,O，)，通过扰乱pro氧化剂和抗氧化剂之间的平衡，在植物细胞和Munzuroglu，2005，Hossain等人，2012;Sytar等人，2013）. 这种情况会导致蛋白质和脂质氧化、离子泄漏、氧化还原失衡和细胞结构和膜变性等紊乱，最终导致程序性细胞死亡(PCD)。Lushchak认为“氧化爆发是一种情况，当活性氧(ROS是自由基，由氧产生的非常敏感的分子和离子)浓度迅速增加，导致细胞吸收、控制和破坏细胞成分”。当细胞暴露在过量的ROS ('O, 0, H,O，•OH等)或抗氧化消耗时，就会发生氧化爆发。这是自由基的形成和机体通过抗氧化剂的中和来抵消其有害影响的能力之间的差异。ROS一般在应激条件下产生，具有较高的氧化活性，可攻击蛋白质、碳水化合物、脂类、核酸等生物分子。ROS是在强光、低温或高温、盐度、金属、干旱、营养缺乏和病原菌攻击等不同环境胁迫下产生的。

由抗氧化剂和抗氧化酶组成，它们可以减少或消除ROS的影响。ROS生成和解毒之间的不平衡，这些ROS的酶和非酶反应导致氧化应激，导致DNA损伤，蛋白质和脂质损伤，最终细胞死亡。尽管ROS具有破坏性的活动，但它们也在不同类型的细胞过程中充当第二信使，其中也包括对环境压力。取决于活性氧和解毒之间的平衡，它将作为破坏或信号分子。过量ROS的解毒是通过由酶促和非酶促抗氧化剂组成的抗氧化系统实现的。酶促抗氧化剂是超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、愈伤木酚过氧化物酶(GPX)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)。非酶抗氧化剂包括谷胱甘肽(GSH)、抗坏血酸(AsA)、类胡萝卜素、生育酚、酚类物质等。植物抗氧化防御系统中多种酶活性的增加已被许多研究人员报道用于对抗环境胁迫诱导的氧化应激。

金属和类金属离子是我们星球的自然组成部分，存在于构成它的不同层中。然而，当它们的水平在高浓度下被发现时，其许多生命形式（微生物，植物，动物和人类）的毒性可导致。除了它们在环境中的自然存在外，人类活动还在很大程度上促进了它们从这些自然来源中解放出来，导致土壤，河流，海洋和大气的污染[3]。这反过来又影响了食物链（生物蓄积性），并通过可耕地和多样化生态系统的污染对人类健康构成严重风险[3，4]。从人类中心主义的角度来看，许多这些元素现在以浓度增加的事实对全球粮食安全构成了风险，以及各种其他形式的非生物胁迫[4]。最近，这种形式的污染在欧洲，非洲和中国的分布被修订[5]。在拉丁美洲国家，这种形式的环境污染的主要来源是广泛的农业，工业和采矿活动[6]。后者（采矿）被认为是金属污染的主要来源之一，因为世界上许多金属和类金属都是在拉丁美洲国家提取的[6]。事实上，在墨西哥，自殖民时代以来，采矿业一直是一种非常有利可图的商品。该国仍然是白银以及其他具有经济重要性的金属（如黄金，铜和铅）的最大生产国[7]。已经进行了重要的研究，以分析可以适应矿山尾矿中发现的条件的特有，本地和入侵植物，例如，在墨西哥索诺拉州纳科扎里（Nacozari）的古代采矿遗址中发现的高浓度铜。

重金属和类金属可以通过参与代谢反应和作为微量营养素（例如，Fe，Co，Cu，Mn，Zn和Mo）在植物发育中发挥重要作用。然而，当它们超过其阈值浓度时，它们的行为被认为是对植物发育有毒的。用于对重金属进行分类的主要特征是密度，该特征已在其他地方进行了修订。近年来，该术语与植物中各种有害影响的发生有关。对于砷（As），镉（Cd），铅（Pb）和铬（Cr）等元素尤其如此[2]。其他一些金属元素，如铝（Al），锑（Sb），汞（Hg）和镍（Ni）等，也被研究，以调查它们在植物发育中的有害影响，当存在超过其阈值浓度时。例如，植物中的铝毒性与全球酸性土壤的增加有关（占世界耕地的40%），因为它的毒性最强（Al3+） 可在酸性 pH 值下使用。

如前所述，所有金属元素，无论它们是否与植物发育有关，都具有阈值浓度，超过该阈值，植物中会产生有害影响和生长障碍。此外，土壤pH值是一个非常重要的方面，因为某些元素在pH≤7时具有更高的生物利用度[10]。元素在植物和其他生命形式中的有害影响依赖于这些金属离子与正常存在的离子竞争的能力，这些离子是一级和二级代谢中重要酶的重要辅助因子或配体。它们与巯基的相互作用导致蛋白质功能失衡和植物氧化状态的增加。事实上，它们可以取代重要的元素（例如，Ca2+和镁2+）存在于细胞壁和膜中;例如，Al、Cu、Pb 和 Zn 比 Ca 更容易结合到细胞壁果胶上。

《高等植物中的金属毒性》一书于2019年由NOVA Press出版，作者是Marco Landi (Editor), Sergiy A. Shemet (Editor), Volodymyr S. Fedenko

《高等植物中的金属毒性》一书中，研究人员介绍了高等植物中的金属毒性的基本概念，重点是最近的技术发展，讨论的主题主要包括九个章节。《高等植物中的金属毒性》一书从各个方面讲解了高等植物中的金属毒性的基础内容和研究方法，旨在为想要进一步研究高等植物中的金属毒性的研究人员提供简明易懂的介绍以及方法技术指导。

《高等植物中的金属毒性》一书作为高等植物中的金属毒性专业研究读物，观点新颖独到，内容饱满详实、语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：

1、本书分为九个章节，既讲解了高等植物中的金属毒性的基础知识，还讲解了深入研究高等植物中的金属毒性的应用范围，是一本应用性很强的书籍，对于想要学习研究高等植物中的金属毒性的研究人员来说是一本很有意义的指导书籍。

2、每个章节都是由相关领域的专业人士所撰写，因此，本书讲解既详细又专业，读者能够从中了解到高等植物中的金属毒性相关的专业知识以及最新的前沿进展。

总的说来，《高等植物中的金属毒性》一书为想要了解高等植物中的金属毒性的研究方法的人员提供了清晰的导读路径，作为高等植物中的金属毒性领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。

本书目录：

前言

第 1 章。重金属污染：对植物和食物

的影响（Shevtsova Tetiana，Taran Nataliya和Sytar Oksana，斯洛伐克农业大学在尼特拉，尼特拉，斯洛伐克共和国等）

第 2 章。抗氧化系统和植物对金属过剩和其他环境压力因素

的交叉适应（Yuriy E. Kolupaev，Yuriy V. Karpets，Tetiana O. Yastreb，Sergiy A. Shemet和Renu Bhardwaj，Dokuchaev Kharkiv国立农业大学，哈尔科夫，乌克兰等）

第 3 章。金属/类金属诱导的植物

中酚类化合物的积累（Volodymyr S. Fedenko，Sergiy A. Shemet，Lucia Guidi和Marco Landi，化学和地质研究所，Oles Honchar第聂伯罗国立大学，乌克兰第聂伯罗等）

第 4 章。植物生长调节剂在改善植物中重金属引起的氧化应激中的作用：更新

（Anket Sharma，Vinod Kumar，Rakesh Kumar，Sukhmeen Kaur Kohli，Poonam Yadav，Dhriti Kapoor，Ekhlaque A. Khan，Ripu Daman Parihar，Babar Shahzad，Ashwani Kumar Thukral和Renu Bhardwaj，植物应激生理学实验室，Guru Nanak Dev大学植物与环境科学系， 阿姆利则、印度等）

第 5 章。植物对土壤中过量铜的反应：综述

（Chandana Chandrasekhar和Joseph George Ray，生态与生态技术实验室，圣雄甘地大学生物科学学院，Kottayam，印度喀拉拉邦）

第 6 章。铅，镉和氯化钠对观赏草本植物

形态学和生理特征的植物毒性作用（瓦伦蒂娜·贝索诺娃，奥列娜·日甘，奥尔加·伊万琴科和奥莱娜·波诺马雷娃，第聂伯罗国立农业和经济大学景观园艺系，乌克兰第聂伯罗）

第 7 章。Olea europaea L.（Cv. 'Kalamon'）：一种耐受的树种对Mn毒性

（Theocharis Chatzistathis和Ioannis E. Papadakis，土壤和水资源研究所，希腊农业组织“Demeter”，希腊塞萨洛尼基等）

第 8 章。两种大麻苜蓿基因型中金属含量的测定通过ICP-MS分析

在不同环境条件下（lga І. Rudnyk-Ivashchenko，Viktor M. Kabanets，Liudmyla М. Mykhalska和Victor V. Schwartau，乌克兰园艺研究所，基辅，乌克兰等）

第 9 章。过量锰对柑橘类植物

生长、矿物质营养、碳水化合物、丙二醛、过氧化氢和脯氨酸的影响（Ioannis E. Papadakis、Theocharis Chatzistathis、Anastasia Giannakoula、Thomas Sotiropoulos、Chrysovalantou Antonopoulou和Ioannis Therios，雅典农业大学作物科学系果树学实验室，Iera Odos，雅典，希腊等）

林岚 武汉大学生命科学学院 博士研究生