第六章 生物对环境污染物的抗性
第一节 概述
影响
受损环境或污染物 生物
抗性或适应
▲ 环境中各种各样的污染物在分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落以及
生态系统等各个层次上对生物产生多方面的影响
▲ 对于生物自身来说，抗性是它们在逆境中得以生存和延续的保证，是污染环境
中生物多样性得以保持的基础。
▲ 生物对污染物的抗性表现为外部排斥和内部忍耐
通过形态学机制、生理生化机制、生态学机制等将污染物阻挡于体外（避性）； 或通过结合固定、代谢解毒、分室作用等过程将污染物在体内富集、解毒（耐性）。 两方面的综合结果形成抗性。其中生物的解毒是抗性的基础。
对生物来说，将污染物排斥于体外，使其不能进入体内是一种非常有效的方法。
这样就无须消耗大量物质和能量来结合、分解污染物。
▲ 生物的抗性机制涉及到形态、解剖、细胞和分子几个层次。
主要途径有：拒绝吸收、结合钝化、代谢转化、改变代谢途径、排出体外等。
▲ 不同类型的生物其生活方式、形态结构、生理代谢有所差异，因此，对环境污
染物的响应即适应性和抗性方面也有所不同。
了解生物对不良环境的响应机制，对环境保护、环境治理及生物多样性保护等具有重要意义。
▲ 从植物、动物、微生物三大类进行阐述
第二节 植物对污染物的抗性
一、植物的抗性及机理 （一）植物的避性（拒绝吸收）
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针对不同的污染物和污染介质，植物有多种阻止污染物进入体内的方法和途径，可通过关闭气孔、分泌有机物到根际、改变土壤环境 及增厚外表皮或根套。 1. 植物叶片对污染物的避性： 污染物通过叶片进入植物体的三个途径 ▲ 吸附渗透作用
▲ 大气颗粒沉降积累于表面 ▲ 气孔
与叶片的形态结构和气孔开闭的调节有关： 角质层、木栓层等 结构 表面结构（光滑或粗糙） 气孔的分布、数量 栅栏组织与海绵组织比例
角质层的组成和结构与污染物的吸收有关；蜡质可阻止大多数非极性有机物 气孔的调节
不同植物气孔的调节能力不同，因此，抗性也不同，例如，对S02的抗性，花生、番茄等抗性较强。一般与以下因素关： ▲ 内源性脱落酸（ABA）
▲ 渗透压调节物质：K+ , Cl-, 苹果酸等 几种植物叶内ABA含量 ?g /g （f.w.) 花生 348 番茄 279
萝卜 47 蚕豆 42 玉米 3
2. 根部对土壤污染物的避性：
▲ 土壤中的污染物主要通过根进入体内，因此根的屏蔽作用在植物体耐受上壤污染上起着重要的作用。但不同的植物根部对土壤污染物的避性不同。 ▲ 植物可以通过多种方式排斥根对污染物的吸收
如：分泌化学物质到根际环境，降低污染物的生物有效性 A.分泌有机物（糖类、氨基酸、维生素、有机酸等）
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改变根际环境（ pH 值、氧化还原电位等）
改变污染物的理化环境和形态（如将毒性大的Cr+6还原成毒性小的Cr+3） 从游离态转变到络合态或螯合态，降低移动性 B. 改变根际的微观环境（根际效应）
根分泌物可为微生物提供能源物质，将大量具趋化作用的微生物聚集在根周围，如：菌根
C.增厚外表皮或形成根套
▲ 根际? ? ? ? ?
pH值的变化从多方面影响着根际环境，包括：
植物生长及土壤中各种矿质养分的化学和生物学有效性； 根系对重金属元素毒害作用的忍耐程度； 根系对营养元素的吸收利用； 根系分泌物的种类和数量；
根际微生物的种类、数量以及根际酶的活性等。
因此根际pH值的变化在一定程度上调节着植物对土壤污染物的吸收。
▲ 氧化还原电位的影响 ?
许多有毒金属如铜、铬、汞以及类金属砷等在土壤中以多种价态存在。不同价态的重金属的生理生态毒性不同，而金属价态的变化与土壤氧化还原状态有关。 有的植物具有改变根际氧化还原状态的机制，如生长在锰污染土壤上的植物能
够分泌具有氧化作用的物质到根际环境，将Mn2+氧化成Mn4+而减轻毒性。
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根际氧化还原特性对变价金属的溶解度和吸收性能有很大的影响。
▲ 根分泌物的作用 ?
根分泌物中含有有机酸、氨基酸、糖类物质、蛋白质、核酸以及大量其他物质，与根际土壤中的污染物结合，使其移动性降低。
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有些受到金属污染的植物根尖能够分泌粘胶状物质（主要成分为多糖），与铝、铜、镉等金属离子有比较强的亲和力，能够将大量的金属离子滞留在根外
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植物根分泌的酶类是土壤酶的主要来源。 对土壤污染物的分解转化至关重要。 在土壤农药的降解过程中有许多酶的参与，许多污染物在根际土壤酶的联合作用下被降解为无毒或低毒的物质。
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（二） 植物对污染物的结合和钝化作用：
通过生物活性的基团和物质（生物活性位点）使进入植物体的污染物变成低毒、安全的结合态
或起到隔离和屏蔽作用（生物将污染物运输到体内特定部位，使污染物与生物体内活性靶分子隔离）
▲ 细胞壁的作用：果胶质中的多聚糖醛酸；纤维素分子中的某些基团（羧基、醛
基等）
▲ 细胞膜的作用：蛋白质、糖、脂类 ▲ 细胞质和液泡的作用
抗性的大小与生物活性位点的活性强弱和数量有关。在重金属胁迫的环境中，生物体普遍存在金属硫蛋白、类金属硫蛋白及重金属螯合多肽 （三）植物对污染物的代谢转换作用
有毒物质通过植物体内酶促反应，可以转化成低毒或无毒物质，或转化为水溶性物质而利于排出体外，生物对外来毒物的这种防御机能称为解毒作用。包括： 氧化、还原、水解、脱烃、脱卤、羟基化和异构化作用等的逐步代谢过程 ▲ 产生保护性物质或酶类 ▲ 改变污染物原有的化学结构
▲ 将亲脂的外源性污染物转变成亲水物质，易于排出 1.植物对大气污染物的代谢防御 （1） 体内代谢系统的防御：
▲ 缓冲物质，如多胺。(可与H＋ 结合)
▲ 有关酶类，如硝酸还原酶，亚硝酸还原酶，亚硫酸还原酶 （2）对活性氧的防御：
自由基 防护性物质 超氧自由基0-2 超氧歧化酶 谷胱甘肽 单线态氧 102 类胡罗卜素 过氧化氢 H2O2 抗坏血酸过氧化物酶 羟基自由基OH〃 糖类
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2. 植物对农药的分解转化
某些耐药性植物对除草剂、杀虫剂和杀菌剂等化学农药具有分解转化作用，使农药毒性降低
▲ 主要通过氧化作用、还原作用、水解作用、异构化作用和轭合作用
▲ 植物对同一种农药的分解转化作用通常涉及到许多代谢作用，是许多步反应的
综合结果
在植物中，酯、酰胺等类型的除草剂的水解作用很普遍，可水解为游离酸的形式，如水生植物的风眼莲等
3. 植物对其它有机污染物的分解转化
包括石油、洗涤剂及塑料、造纸、印染等工业 产生的有毒物质，但只有少数植物具有降解的能力
▲ 邻苯二甲酸酯和苯胺为常见的污染物，一些藻类如小球藻等具有较强的降解能
力，一些水生高等植物对偏二甲苯、甲基肼等也有较强的分解能力。 4. 改变代谢途径、发生遗传变异
改变代谢方式是植物抵抗污染物毒害的有效方式
▲ 改变蛋白质代谢等途径，如耐硒植物 ▲ 污染物作用的靶标分子发生遗传突变
如： 除草剂（三氮苯类、脲类等） D－1蛋白（草本植物的靶分子） 光合作用抑制 死亡
发生遗传突变：D－1蛋白肽链突变（丝氨酸 甘氨酸）产生抗性 （四）植物的他感作用
他感作用或化感作用，相生相克
某些生物能分泌一些对其他生物有害的化学物质，阻止其他生物在其周围生长 广泛存在于植物界中，在生物污染类型中具有重要作用如防治杂草、抑制藻类生长等
以上是植物对污染物侵害的抗性方式，不同植物分别采取不同的方式
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