砷在植物体内的吸收和代谢机制研究进展_汪京超.pdfVIP

植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2015, 50 (4): 516–526, doi: 10.11983/CBB14209 ·专题论坛· 砷在植物体内的吸收和代谢机制研究进展 1, 2 1, 2* 1 1, 2 1, 2 汪京超 , 李楠楠 , 谢德体 , 许长征 , 罗锋 1西南大学资源环境学院, 重庆 400716; 2 能源生物资源开发重庆市重点实验室, 重庆 400716 摘要 砷污染在全世界尤其是东南亚地区已成为一个严峻的环境问题, 严重威胁着农业生产、生态环境及人体健康。植物 是砷流入人体最主要的途径之一。揭示植物对砷吸收、转运和储存及阐明植物调控砷超积累和迁移的分子机制, 对开发植 物修复技术并有效控制砷向食物链迁移意义重大。该文综述了目前植物砷吸收与代谢机制的研究进展, 并对植物体内参与 砷运输过程的转运蛋白进行了重点阐述。 关键词 砷, 吸收, 代谢, 运输, 超积累 汪京超, 李楠楠, 谢德体, 许长征, 罗锋 (2015). 砷在植物体内的吸收和代谢机制研究进展. 植物学报 50, 516–526. 砷是一种公认的致癌物质, 是表层土壤污染的五 arsinic acid, DMA) 、三甲基砷(TMA) 、砷甜菜碱 大有毒元素之一。土壤和地下水中过量的砷不仅会严 (AsB)、砷胆碱(AsC)和砷糖等化学形式。通常可溶性 重影响植物的生长, 而且可能通过食物链危害人类健 无机砷的毒性远大于有机砷, 而三价砷的毒性大于五 康(Bundschuh et al., 2012)。含砷矿石的开采和冶炼, 价砷。饮用含砷的地下水或土壤中的砷被植物吸收后 以及含砷除草剂、杀虫剂和作物干燥剂等的使用均可 经食物链传递是人体摄入砷的两条主要途径, 且后者 造成砷污染(Smedley and Kinniburgh, 2002) 。自 比前者更具隐蔽性, 更难以发现和避免。因此, 土壤 1996年孟加拉国和印度首次报道慢性地方性砷中毒 中砷的形态、迁移转化以及植物对土壤中砷的吸收、 以来, 砷污染已逐渐成为一个全球(尤其是东南亚)亟 代谢等过程日益受到人们的关注。 待解决的环境问题。中国也是砷污染最严重的国家之 1.1 土壤中的砷 一, 贵州、新疆和台湾等地由于砷污染引起的地方性 砷中毒(金银龙等, 2003), 严重危害了人们的生产、生 在地壳中, 砷的自然丰度位居第20位, 砷浓度平均值 –1 (Kabata-Pendias, 2010) 。土壤中砷的 活和身体健康。随着对砷污染的广泛关注, 国内外专 为1.8 mg·kg 家对砷在环境中的形态、分布、循环及其在动植物体 浓度受自然成土条件和人为活动双重影响。正常条件 内的吸收、运输和代谢等过程进行了深入研究。本文 下, 自然土壤中砷的浓度较低, 但近数十年来, 由于 就植物对砷吸收、代谢、迁移和积累过程中所涉及的 开采、冶炼含砷矿石以及不合理施用含砷农药等人为 关键基因和蛋白进行了概述与讨论。 活动大大加剧了土壤中砷的积累。有研究表明, 土壤 中砷浓度高于地壳中砷浓度, 全世界土壤砷浓度的平 1 砷的存在形式 均值为6.83 mg·kg–1 (Kabata-Pendias, 2010), 中国 –1 (魏复盛等, 1991)。此外, 气