植物對重金屬的反應

植物對重金屬(Heavy Metals)的反應
臺北市立建國高級中學生物科劉玉山老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

重金屬(heavy metals)泛指一群密度超過每立方公分五公克的金屬元素，目前已知約有四十種左右。影響植物生長的重金屬約有八種，包括銅(Cu)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、砷(As)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、汞(Hg)等。

其中，最易經由植物根部往地上部移動者為鋅和鎘，其他皆不太會移動。過量的重金屬對植物生長發育常有不良的影響，且植物對不同重金屬的反應不同。鋅、鎳可能造成一些葉片的黃化或壞疽；而一些研究顯示，水稻可能累積高濃度的鎘，對植物毒性不大，對人之毒性卻極大；鉛可使植物長得較高大，不會造成明顯的毒害；銅及鎳、鎘可造成根部大量累積，使根部生長受阻，地上部生長也告停頓。

植物耐受重金屬的機制可分為兩類，第一類屬於Stress Avoidance(逆境逃脫者)，此種植物的根部細胞膜具有正常的選擇性，重金屬不會被根部所吸收。第二類屬於 Stress Tolerance(逆境容忍者) ，這種植物也稱為蓄積性植物(accumulator species)。此類植物可吸收重金屬，並且累積在葉片中。高濃度的重金屬對不耐受植物而言，會有致死的毒害，而蓄積性植物則否。 植物耐受重金屬有兩種主要的方式，都牽涉以有機分子與毒元素結合。

第一種方式是採取隔離金屬的策略，主要是使金屬元素與含硫的胺基酸如cysteine 和 methionine 結合，或是與醋酸、蘋果酸以及檸檬酸等有機酸結合，形成低分子量的有機金屬化合物。 第二種方式則與許多植物合成一類富含硫的多肽小分子有關，此多肽小分子稱為植物螯合素(phytochelatins)。

研究顯示，當植物體內的鎘、銅、汞、鉛和鋅等達到毒性的程度時，植物螯合素的含量會顯著增加。植物螯合素可能作為一個梭子(shuttle)，在細胞質中與重金屬結合，當多肽將重金屬攜入液胞時，酸性的pH值會置換金屬，然後，此種多肽可再回到細胞質中重複使用；而液泡中的重金屬則為高濃度的有機酸所隔離。

參考資料
Textbook: William G. Hopkins and Norman P. A. H ner. Introduction to Plant Physiology, 3rd ed. Wiley publishing.