銅脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育影響與植物耐銅機(jī)制的研究進(jìn)展

王子誠(chéng)，陳夢(mèng)霞?，楊毓賢，方 項(xiàng)，劉眾杰，王令宇，葛孟清，張 川，房經(jīng)貴，上官凌飛*

（1 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院, 江蘇南京 210095；2 江蘇省果樹(shù)品種改良與種苗繁育工程中心, 江蘇南京 210095）

重金屬指密度大于5 g/cm3的金屬元素，大約有53種，包括銅(Cu)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鈷(Co)、汞(Hg)、鉻(Cr)以及砷(As)等[1]。重金屬污染對(duì)環(huán)境與生物正常生命活動(dòng)具有較強(qiáng)的破壞作用，具有長(zhǎng)期性、潛伏性和不可逆性等特點(diǎn)[2]。植物根系因直接接觸土壤而更易受到重金屬的毒害作用，一旦重金屬大量積累在植物中進(jìn)入食物鏈，將最終危害人類健康。因此，深入研究重金屬對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響及植物對(duì)重金屬的耐受性顯得尤為重要。

銅(Cu)是自然界中廣泛存在的一種重金屬元素，是植物所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素之一，但土壤中Cu濃度超過(guò)某一閾值時(shí)將會(huì)抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育，嚴(yán)重時(shí)可造成植物死亡[3]。2014年，《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示我國(guó)16.1%的土壤受到不同程度污染，其中銅污染物點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)2.1% (http://www.mee.gov.cn/gkml/sthjbgw/qt/201404/W02014041755899 5804588)。正常情況下，大多數(shù)農(nóng)作物葉片中銅的含量范圍為20～30 mg/kg[4]，近年來(lái)環(huán)境中Cu污染日益嚴(yán)重，主要來(lái)源于工業(yè)“三廢”的排放，且含Cu飼料添加劑和殺菌劑(如波爾多液等)的廣泛應(yīng)用，土壤中銅含量普遍提高，可高達(dá)1280 mg/kg[5]。生長(zhǎng)在銅污染土壤中植株體內(nèi)銅含量大大提升，對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生重大影響[6]?？梢?jiàn)Cu過(guò)量脅迫已成為導(dǎo)致作物產(chǎn)量和質(zhì)量下降的主要因素之一[7]，因此，全面了解銅含量與植物之間的關(guān)系對(duì)解決全球作物產(chǎn)量問(wèn)題有重大意義。本文系統(tǒng)總結(jié)了Cu對(duì)植物的影響，以及植物應(yīng)對(duì)Cu脅迫的響應(yīng)途徑與相關(guān)機(jī)制的經(jīng)典與最新研究成果，以期為該領(lǐng)域更深入的研究提供參考。

1 植物對(duì)銅離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及積累

銅離子在植物體的不同組織、器官中的分布存在差異，這與植物對(duì)銅離子的耐性程度差異有關(guān)[8]。植物根系從土壤中吸收銅離子后，主要將其固定于細(xì)胞壁或液泡中，多余的銅離子則通過(guò)銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)輸?shù)降厣喜康慕M織或器官。

1.1 植物根系對(duì)銅離子的吸收

土壤中的銅主要以Cu+和Cu2+兩種形式存在，土壤溶液中Cu2+在鐵還原氧化酶4/5 (ferric reductase oxidase 4/5, FRO4/5) 催化下還原為 Cu+，隨后銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 COPT1/2 (copper transporter1/2)和 ZIP2/4 (zincregulated transporter 2/4)可分別協(xié)助 Cu+和 Cu2+跨越質(zhì)膜進(jìn)入根細(xì)胞內(nèi)(圖1)[9–10]。植物對(duì)銅離子的吸收很大程度上受銅離子濃度、pH、N源、根際微生物等因素影響[11]。一般情形下，隨著pH的升高，重金屬的有效性降低。銅離子在酸性土壤中移動(dòng)性較強(qiáng)，多以水溶態(tài)或配合態(tài)存在，容易被植物吸收；在中性或堿性條件下，銅離子的移動(dòng)性很差，多以碳酸鹽和鐵錳氧化結(jié)合態(tài)等形態(tài)存在，難以被植物吸收利用[12]。氧化還原電勢(shì)(Eh)降低也會(huì)導(dǎo)致土壤中銅對(duì)植物的可用性降低[13]。研究證明，外源添加檸檬酸能顯著提高土壤中弱酸溶解態(tài)Cu的含量，增加銅的生物有效性[14]。吳潔婷[15]研究發(fā)現(xiàn)，叢枝菌根真菌 (arbuscular mycorrhiza fungi, AMF)可顯著增強(qiáng)蘆葦對(duì)Cu元素的吸收。另外，離子間的相互作用也會(huì)影響Cu離子的吸收，如K+和Zn2+離子可抑制植物對(duì)土壤中Cu2+的吸收[16]；Si元素的加入可減少水稻中Cu含量，緩解重金屬毒害作用[17]。細(xì)胞壁在植物從土壤中吸收銅離子過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。組成植物細(xì)胞壁的纖維素、半纖維素、果膠和糖蛋白等成分具有帶負(fù)電的活性基團(tuán)(如羥基、羧基和醛基等)，對(duì)陽(yáng)離子重金屬有較高親和力，銅以陽(yáng)離子的形式附著于根系細(xì)胞壁[18]。

圖1 植物體內(nèi)銅轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程[11,19]Fig. 1 Copper transport process in plants[11,19]

1.2 銅在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)

根系表面的Cu離子進(jìn)入根細(xì)胞后，在細(xì)胞質(zhì)中與金屬硫蛋白(metallothionein, MTs)或特定的可溶性Cu伴侶結(jié)合，而后被傳遞至不同細(xì)胞器(如液泡、葉綠體和線粒體等)，以清除細(xì)胞質(zhì)中過(guò)量的Cu離子(圖1)[11, 19]。這一過(guò)程是由參與細(xì)胞內(nèi)Cu穩(wěn)態(tài)調(diào)控的Cu轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族和Cu伴侶家族介導(dǎo)的。其中Cu轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括COPT、ZIP、YSL (yellow stripe like)、HMA (heavy metal ATPase)等家族蛋白[20]；Cu伴侶蛋白包括3類，即ATX-like (antioxidant protein-like)、CCS (Cu+chaperone for Cu/Zn SOD)和COX (cytochrome c oxidase)[21]。首先 COPT1/2 和ZIP2/4分別將Cu+和Cu2+轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)根細(xì)胞后，定位于液泡膜上的HMA4/5和COPT5分別控制Cu離子進(jìn)出液泡，并且 ABC (ATP-binding cassette transporters)轉(zhuǎn)運(yùn)家族蛋白也參與將Cu-PC (phytochelatin)復(fù)合物轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)液泡這一過(guò)程[22]。HMA7和CT1 (MFS-type transporter)則介導(dǎo)Cu+向高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)。線粒體中，膜間隙的COX17將Cu+傳遞至線粒體內(nèi)膜上的另外兩個(gè)伴侶蛋白(HCC1和COX11)。細(xì)胞質(zhì)中的硫醇化合物(PCs和MTs等)和Cu伴侶蛋白可與游離Cu+螯合，參與銅離子轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。這些與根細(xì)胞中Cu穩(wěn)態(tài)相關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在大量研究[23–24]中均有報(bào)道。隨后，ATX1將Cu+傳遞至HMA5，HMA5將其裝載到木質(zhì)部[25]，木質(zhì)部中的相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(如YSL1/2/3和COPT6)繼而將Cu+向地上部分運(yùn)輸[26]。Cu2+絡(luò)合物在韌皮部中的轉(zhuǎn)運(yùn)主要依賴于YSL16，在水稻中發(fā)現(xiàn)OsYSL16 (表1)能將Cu2+絡(luò)合物從衰老器官轉(zhuǎn)移到幼嫩組織和種子中[44]。葉綠體伴侶蛋白PCH1(plastid chaperone 1)、CCS 以及 Cu 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 HMA6/PAA1、HMA8/PAA2和HMA1參與葉綠體中銅離子轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程[11]。20 μmol/L銅離子濃度處理下，擬南芥中一部分銅離子通過(guò)AtHMA6與銅伴侶蛋白CCS介導(dǎo)傳遞給基質(zhì)Cu/Zn超氧化物歧化酶，一部分銅離子通過(guò)銅伴侶蛋白AtPCH1傳遞到葉綠體內(nèi)膜上的AtHMA6 (PAA1)，AtHMA6通過(guò)葉綠體的包膜運(yùn)輸銅離子進(jìn)入葉綠體基質(zhì)[27–32]，然后 AtHMA8 (PAA2)轉(zhuǎn)運(yùn)銅離子到類囊體腔的質(zhì)體藍(lán)素，維持植物體進(jìn)行正常的光合作用[28]。當(dāng)細(xì)胞處于缺銅狀態(tài)時(shí)，大麥HvHMA1蛋白可介導(dǎo)葉綠體中的銅外排到細(xì)胞質(zhì)中[51]。近年來(lái)，雖然在探究銅的胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)模式方面有了較大進(jìn)展，但銅如何進(jìn)入線粒體及到達(dá)目標(biāo)位點(diǎn)的過(guò)程仍不明確，并且關(guān)于銅離子向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制也有待進(jìn)一步詳細(xì)解釋[19, 53]。

表1 不同物種中銅脅迫相關(guān)基因及調(diào)控因子Table 1 Copper stress-related genes and regulatory factors in different species

1.3 銅在植物體內(nèi)的積累

Cu被植物根系吸收后向地上部分轉(zhuǎn)移，以達(dá)到維持植物正常生命活動(dòng)所需的銅含量。不同物種地下部分和地上部的銅含量及銅的根莖轉(zhuǎn)移能力存在較大差異，如向日葵幼苗的銅濃度是根系的2～4倍[54]；對(duì)植物體各器官進(jìn)行Cu含量測(cè)定，發(fā)現(xiàn)濕地松富集能力隨銅處理濃度增大而增大，其中對(duì)銅富集能力最強(qiáng)的器官是根，其次是莖和葉[55]；生菜的銅吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)潛力比菠菜高，生菜60%～80%的銅存于根中，而菠菜根莖的銅沒(méi)有顯著差異[56]。但植物處于高銅狀態(tài)時(shí)，Cu主要固定于根部，而莖在脅迫早期銅含量并無(wú)顯著變化[57]，這是植物對(duì)高銅脅迫的一種適應(yīng)性表現(xiàn)，在桂花[58]、蘋(píng)果[59]等植株上也得到驗(yàn)證。有研究發(fā)現(xiàn)Cu處理濃度超過(guò)60 mg/kg時(shí)，‘寒富’蘋(píng)果根系的生物富集系數(shù)顯著提高而地上部分則變化不明顯，并且在銅濃度達(dá)到300 mg/kg時(shí)，幼苗根系受到損傷，導(dǎo)致銅向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)能力降低[60]。類似的，高銅 (937.5 mmol/L) 脅迫下柑橘根部的銅積累量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于葉片，銅元素從根部向葉片的轉(zhuǎn)移率顯著降低[61]。可見(jiàn)高銅濃度下植物主要將銅離子積累在根部，在一定程度上緩解銅離子毒害作用，但銅離子濃度超出根系所能承受的范圍時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重危害植株的生長(zhǎng)發(fā)育[55]。

2 銅脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響

植物遭受銅脅迫后，其生長(zhǎng)發(fā)育往往受到不同程度的影響，主要體現(xiàn)在種子萌發(fā)、根系發(fā)育、光合作用、養(yǎng)分吸收及氧化脅迫等方面。

2.1 對(duì)種子萌發(fā)的影響

銅是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的微量元素，因此銅對(duì)植物種子萌發(fā)通常表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的效果[62]。研究發(fā)現(xiàn)，高濃度銅離子主要通過(guò)影響酶活性和滲透作用來(lái)抑制種子的萌發(fā)。例如，在水稻[63]和黃瓜[64]中均發(fā)現(xiàn)過(guò)量銅可抑制種子萌發(fā)，其主要原因可能是種子內(nèi)的一些酶(如淀粉酶，蛋白酶等)活性受到抑制，無(wú)法滿足種子生長(zhǎng)發(fā)育所需的物質(zhì)和能量，從而抑制種子生長(zhǎng)。高濃度Cu (2 mmol/L)處理下海棗淀粉酶活性被抑制，種子萌芽指數(shù)顯著下降91.63%，發(fā)芽速度也大幅下降[62]。另外，種子萌芽情況的變化可以通過(guò)種子吸水效率的變化來(lái)解釋。Ahsan等[65]研究發(fā)現(xiàn)，Cu脅迫抑制植物種子的萌發(fā)主要是通過(guò)改變種子外部滲透壓而影響其吸水能力造成的。水分吸收不足可能會(huì)加快種子內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解，從而減少分生組織細(xì)胞的形成[66]，而這一重要現(xiàn)象又與種子的淀粉酶活性密切相關(guān)[62]。

2.2 對(duì)植株根系發(fā)育和生長(zhǎng)的影響

重金屬脅迫發(fā)生時(shí)，植物根系生長(zhǎng)受到抑制[67]。有學(xué)者證明植物根細(xì)胞中Cu離子的積累可能通過(guò)改變根分生組織細(xì)胞增殖速度或調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素(IAA)、細(xì)胞分裂素 (CTK) 等植物激素來(lái)影響根系發(fā)育[19, 47, 61]。Michaud等[68]研究發(fā)現(xiàn)，小麥根系中Cu離子濃度達(dá)到100、150和250～300 mg/kg時(shí)，其根系長(zhǎng)度分別減少10%、25%和50%，說(shuō)明在一定的范圍內(nèi)，Cu離子濃度越高，對(duì)根系生長(zhǎng)抑制效果越明顯。根系受損可直接影響植株地上部分的生長(zhǎng)發(fā)育，其中生物量及株高通常作為檢測(cè)植株受金屬毒害程度的生理指標(biāo)[69]。Huang等[70]研究發(fā)現(xiàn)，白柚在0.5～300 μmol/L銅濃度下生物量無(wú)明顯變化，當(dāng)銅濃度達(dá)到400 μmol/L時(shí)，生物量顯著下降。此外，反復(fù)噴施波爾多液會(huì)使柑橘[71]和鳳梨[72]等果樹(shù)樹(shù)體生長(zhǎng)減緩，出現(xiàn)部分落葉。植株生物量的降低將直接影響其產(chǎn)量，在水稻[73]、柑橘[70,74]、葡萄[75]等作物研究中均發(fā)現(xiàn)銅脅迫可顯著降低作物品質(zhì)和產(chǎn)量。

2.3 對(duì)植株光合作用的影響

Cu是植物葉綠體中質(zhì)體藍(lán)素的組成成分，參與光合電子傳遞過(guò)程，也是葉綠素形成過(guò)程中某些酶的活化劑[76]。適量的Cu離子可促進(jìn)植物的光合作用，但濃度過(guò)高則會(huì)使葉綠素蛋白失活，改變?nèi)~綠體超微結(jié)構(gòu)，破壞類囊體的結(jié)構(gòu)和功能[61]，并且還可降低核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RuBisCo)效率，抑制光合電子傳遞效率和PSII活性，最終抑制光合作用，嚴(yán)重影響?zhàn)B分積累[77]。Aly等[78]認(rèn)為葉片中葉綠素水平降低是由于Cu2+取代葉綠素分子中的Mg2+以及過(guò)量Cu2+引起的葉綠體膜的過(guò)氧化作用導(dǎo)致的。有報(bào)道稱低濃度Cu2+(<300 mg/kg)能夠增加‘寒富’蘋(píng)果幼苗葉綠素含量，使葉片保持健康狀態(tài)，而Cu2+濃度超過(guò) 300 mg/kg時(shí)，植株受到脅迫，幼苗葉綠素含量和光合效率均降低[60]。在施加600 mg/kg Cu2+后，毛竹葉片光合作用有效性指數(shù)Chl.a/Chl.b (葉綠素a/葉綠素b)顯著降低，說(shuō)明高濃度銅嚴(yán)重抑制了葉綠素的合成過(guò)程，從而降低植物的光合效率[79]。

2.4 對(duì)植株養(yǎng)分吸收的影響

土壤中大量Cu2+會(huì)抑制植物吸收其他養(yǎng)分，這是由離子間拮抗作用或高濃度Cu2+影響根系生長(zhǎng)造成的[80]。根系一般是遭受銅害的首要部位，過(guò)量Cu2+優(yōu)先在植物根系中積累，根長(zhǎng)會(huì)隨著Cu2+濃度的增加而減少，影響根系對(duì)水分及礦質(zhì)元素的吸收，進(jìn)而抑制地上部分的生長(zhǎng)[61]。Hippler等[81]研究發(fā)現(xiàn)，Cu毒害會(huì)降低柑橘根系中的N、Ca、B、Mn、Zn以及葉片中Ca、Fe、Mn的含量。濃度大于5.0 mg/L的銅處理下，紫花苜蓿芽中Cu、P、S含量顯著增加，生菜中P、Fe含量相應(yīng)減少[82]。提高銅的供應(yīng)量可顯著降低高粱根系對(duì)Fe、Zn、Ca和Mn的吸收[83]。從以上結(jié)論可看出，植株種類、吸收部位及養(yǎng)分類型等因素均會(huì)影響植株對(duì)養(yǎng)分的吸收。

2.5 對(duì)氧化脅迫的影響

正常情況下，植物體內(nèi)活性氧(reactive oxygen species, ROS)的產(chǎn)生與清除處于動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)重金屬脅迫下積累的ROS濃度超過(guò)植物防御機(jī)制的閾值，就會(huì)造成氧化脅迫[84]。銅脅迫可誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生大量ROS，導(dǎo)致膜脂質(zhì)過(guò)氧化，質(zhì)膜選擇透性降低，細(xì)胞內(nèi)含物質(zhì)外滲，丙二醛(MDA)含量升高，同時(shí)損傷光合細(xì)胞器，進(jìn)而影響植物物質(zhì)交換、光合作用等各種生理代謝過(guò)程的正常運(yùn)行[48,61,85]。目前已在柑橘和葡萄等[43,40]多種果樹(shù)上報(bào)道Cu可誘導(dǎo)細(xì)胞積累大量ROS，影響植株正常生長(zhǎng)發(fā)育。MDA作為膜脂過(guò)氧化指標(biāo)，通常與氧化脅迫程度成正比。在高濃度Cu脅迫下，植株葉片細(xì)胞受到嚴(yán)重?fù)p傷，相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量顯著上升[61,86]。濕地松幼苗的MDA含量隨著Cu處理濃度增加而增加，在Cu離子濃度為5 mmol/L下，MDA含量達(dá)到最大值，為對(duì)照組的2.94倍[55]。在‘寒富’蘋(píng)果中也發(fā)現(xiàn)，不同銅濃度處理下幼苗各組織中MDA的含量與對(duì)照相比均有提高[60]。

3 植物應(yīng)對(duì)銅脅迫的防御機(jī)制

植物在對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境不斷適應(yīng)的過(guò)程中形成了一套規(guī)避或耐受銅離子毒性的防御系統(tǒng)，包括2種不同的防御機(jī)制(圖2)。一種是避性機(jī)制，包括根系分泌物影響重金屬的移動(dòng)性[87]，細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和液泡的隔離和區(qū)室化作用以及金屬外排系統(tǒng)[88]。另一種是耐受機(jī)制，植物通過(guò)螯合作用、抗氧化系統(tǒng)、熱激蛋白、植物激素、自噬和表觀遺傳等途徑緩解體內(nèi)銅離子毒害[4, 89–90]。

圖2 銅脅迫下植物響應(yīng)機(jī)制Fig. 2 Plant response mechanism under copper stress

3.1 避性機(jī)制

3.1.1 根際分泌物 植物根系分泌物(有機(jī)酸和氨基酸等)通過(guò)改變土壤pH和Eh、螯合重金屬、提高微生物活性等方式來(lái)影響土壤重金屬的有效性和活性，進(jìn)而影響植物對(duì)重金屬的吸收和轉(zhuǎn)移[52]。

高銅時(shí)，植物根系可分泌檸檬酸、草酸、蘋(píng)果酸、酒石酸、琥珀酸等有機(jī)酸[91]。這些有機(jī)酸不僅能與重金屬結(jié)合形成無(wú)毒復(fù)合物，也能通過(guò)促進(jìn)植株生長(zhǎng)和提高抗氧化酶活性等途徑減輕重金屬對(duì)植物的毒害作用[92–93]。在銅脅迫下，不同物種體內(nèi)起主要作用的有機(jī)酸的種類存在差異。劉杰等[94]研究表明，與草酸和酒石酸相比，檸檬酸的添加更能促進(jìn)煙草對(duì)重金屬銅的富集。Chen 等[95]發(fā)現(xiàn)，毛竹在25 μmol/L Cu處理下會(huì)促進(jìn)其根系分泌草酸、蘋(píng)果酸和乳酸等低分子量有機(jī)酸，其中草酸含量占所有有機(jī)酸含量的50%以上。蓖麻在銅處理濃度達(dá)到750 μmol/L時(shí)分泌大量酒石酸，其濃度可高達(dá)329.13 μmol/g[42]。氨基酸(如組氨酸、脯氨酸)中的氨基、羧基、羥基等功能團(tuán)能與重金屬結(jié)合形成穩(wěn)定化合物，達(dá)到鈍化解毒的目的[96]。有報(bào)道稱芥菜幼苗暴露于銅脅迫7天后，其體內(nèi)脯氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸等游離氨基酸含量隨著Cu濃度的增加而增加[97]。朱奎正[98]研究發(fā)現(xiàn)外源β-氨基丁酸(GABA)通過(guò)調(diào)節(jié)活性氧含量及相關(guān)抗氧化酶活性和控制有關(guān)金屬離子運(yùn)輸基因的表達(dá)來(lái)提高煙草對(duì)銅脅迫的抵御能力。

3.1.2 隔離和區(qū)室化作用 植物將吸收的金屬區(qū)隔在一些代謝不活躍的組織、器官或亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)(表皮細(xì)胞、維管束、細(xì)胞壁和液泡等)是一種有效的響應(yīng)重金屬脅迫的機(jī)制。有報(bào)道指出，細(xì)胞壁和液泡是根系固定銅的主要場(chǎng)所。例如，蘋(píng)果植株將所吸收的大部分Cu離子固定在根系細(xì)胞壁和液泡中，并能轉(zhuǎn)化為難溶性磷酸鹽或草酸鹽態(tài)Cu等低毒或無(wú)毒化合物，從而緩解Cu離子毒害[99]。研究發(fā)現(xiàn)，60 mg/L CuSO4處理下，50.2%的Cu分布在蓖麻愈傷組織細(xì)胞壁中[100]。也有報(bào)道稱，番茄[101]和玉米[102]的銅毒害緩解作用主要與液泡的區(qū)室化作用有關(guān)。液泡膜上存在金屬耐受蛋白 (metal tolerance protein,MTPs)家族中的成員，可轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬并維持細(xì)胞內(nèi)金屬離子穩(wěn)態(tài)，有相關(guān)報(bào)道稱蘿卜 (Brassica rapavar. rapa)BrrMTPs基因可能參與了銅離子穩(wěn)態(tài)平衡[48]。另外，細(xì)胞內(nèi)重金屬過(guò)量時(shí)，部分會(huì)被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)中。研究發(fā)現(xiàn)，蓖麻葉片中細(xì)胞質(zhì)可溶性組分Cu的比例分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)高于其它組分，此時(shí)胞質(zhì)內(nèi)大量硫醇類化合物結(jié)合金屬陽(yáng)離子形成復(fù)合物[14]。液泡和細(xì)胞質(zhì)含有大量的有機(jī)酸、酶、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，它們可以螯合金屬以降低毒性，這可能是銅離子主要集中在液泡和細(xì)胞質(zhì)中的原因[79]。

3.1.3 金屬外排系統(tǒng) 植物體內(nèi)存在一種金屬外排機(jī)制，通過(guò)減弱金屬離子在植物組織中的積累能力而達(dá)到解毒的效果。大量研究證明，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白HMA、MTP、ZIP等在植物的金屬外排系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。HMA5在金屬跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，尤其在根系Cu+解毒中起關(guān)鍵作用。在敲除水稻 (Oryza sativa)OsHMA5基因的突變體中，根系中高濃度Cu+說(shuō)明OsHMA5參與了重金屬由根向芽的運(yùn)輸[43]。因此，HMA5可能參與了根細(xì)胞中Cu+的外排，并且其過(guò)表達(dá)可能是高銅時(shí)提高植物解毒能力的一個(gè)策略[25]。高銅脅迫下，水稻敲除OsZIP1基因后明顯抑制水稻生長(zhǎng)，過(guò)表達(dá)則促進(jìn)，另外內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜的雙重定位也提示OsZIP1作為銅過(guò)量時(shí)的金屬外排蛋白，可能在環(huán)境條件變化時(shí)發(fā)揮作用[46]。MTP也屬于一類排出蛋白，在重金屬的外排或區(qū)室化隔離過(guò)程發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，12個(gè)甜橙 (Citrus sinensis)CitMTP家族基因在銅過(guò)量時(shí)表達(dá)上調(diào)，但CitMTPs家族蛋白的具體作用還有待研究[52]。可見(jiàn)植物的銅外排系統(tǒng)受到Cu轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的調(diào)控，今后可以利用多組學(xué)技術(shù)鑒定與銅外排過(guò)程相關(guān)的關(guān)鍵基因，并結(jié)合轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高植物耐銅性。

3.2 耐受機(jī)制

3.2.1 螯合作用 重金屬脅迫下，植物可以合成或分泌植物螯合肽(phytochelatin, PCs)和金屬硫蛋白(metallothioneins, MTs)等硫醇化合物[4]，它們對(duì)金屬離子具有較高親和力，可與進(jìn)入細(xì)胞的Cu+/Cu2+結(jié)合，從而降低游離Cu離子的活度系數(shù)和毒性，這是植物重要的重金屬解毒機(jī)制之一[2]。

1)植物螯合肽 植物螯合肽(PCs)由半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸組成，是以谷胱甘肽(glutathione,GSH)為底物在植物螯合肽合成酶 (phytochelatin synthase, PCS) 的催化作用下合成的含巰基多肽[103]。PCs對(duì)重金屬親和力較高，可以螯合多種重金屬離子，形成對(duì)植物低毒或無(wú)毒的重金屬-PC復(fù)合物，防止重金屬作用于細(xì)胞代謝過(guò)程中的重要酶，從而減輕對(duì)植物的毒害[104]。Cu是PCs在植物體內(nèi)生成的誘導(dǎo)劑之一，Cu脅迫下，耐性植物中γ–谷氨酰半胱氨酸合成酶、谷胱甘肽還原酶、植物絡(luò)合素酶等與植物螯合肽合成相關(guān)酶含量均顯著提高[105]。另有研究發(fā)現(xiàn)，外源施用GSH可促進(jìn)石竹幼苗和楊樹(shù)中植物螯合肽的形成，因此有學(xué)者指出GSH的生物合成調(diào)節(jié)是PCs合成調(diào)控的一種潛在機(jī)制，這對(duì)植物耐銅性的研究提供了參考[106–107]。

2)金屬硫蛋白 金屬硫蛋白(MTs)是植物體內(nèi)另一類與重金屬解毒有關(guān)的富含半胱氨酸的低分子量蛋白[2]。它與PCs不同的是，MTs由基因直接編碼而成，而PCs是以GSH為底物在螯合肽合成酶催化下合成[96]。MTs可以被重金屬(尤其是Cu)誘導(dǎo)產(chǎn)生，過(guò)表達(dá)油菜 (Brassica campestris)BcMT1、BcMT2和木豆(Cajanus cajanL)CcMT1均能增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因擬南芥的耐銅性，并抑制ROS產(chǎn)生，從而保護(hù)植物免受氧化損傷[49–50, 99]。通過(guò)同步輻射擴(kuò)展 X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu) (EXAFS) 分析植物體內(nèi)的Cu形態(tài)，發(fā)現(xiàn)海州香薷和鴨跖草體內(nèi)的Cu多半與含硫物質(zhì)結(jié)合，這表明含硫化合物對(duì)Cu的解毒起著重要的作用[108]。此外，MTs在Cu的長(zhǎng)距離運(yùn)輸和分配中也起著重要作用。擬南芥AtMT1a和AtMT2b的表達(dá)主要定位于葉片和根部的韌皮部，并受Cu誘導(dǎo)，而AtMT2a和AtMT3主要在葉肉細(xì)胞中表達(dá)，而且在幼嫩組織中(如發(fā)育中的葉片或根尖)的表達(dá)隨Cu含量增加而被高度誘導(dǎo)[109]。

3.2.2 抗氧化系統(tǒng) 重金屬脅迫下，植物啟動(dòng)抗氧化系統(tǒng)來(lái)清除體內(nèi)多余的活性氧?？寡趸到y(tǒng)分為酶促系統(tǒng)和非酶類抗氧化系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase, SOD)、過(guò)氧化物酶(peroxidase, POD)、過(guò)氧化氫酶 (catalase, CAT)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶 (ascorbate peroxidase, APX) 和谷胱甘肽還原酶 (glutathione reductase, GR)等抗氧化酶以及 GSH、抗壞血酸 (ascorbic acid, ASA)、MTs和脯氨酸等非酶類抗氧化物質(zhì)[110]。

1)酶促系統(tǒng) 植株抗氧化系統(tǒng)被激活以減輕重金屬Cu造成的間接氧化脅迫，但如果脅迫程度過(guò)高，抗氧化酶活性則會(huì)受到抑制，造成氧化損傷[2]。研究證明銅能夠提高編碼不同抗氧化劑 (SOD、GPX、APX 和 CAT) 的基因轉(zhuǎn)錄水平[34, 35]。葡萄根系在不同濃度銅(0.5、1、1.5、2 mmol/L)處理下，POD、SOD和CAT活性均表現(xiàn)為先上升后下降[86]。此外，不同濃度Cu處理豇豆均增強(qiáng)了葉片和根中APX和GR活性以及根中CAT活性，但葉和根的SOD活性降低，表明豇豆中抗氧化酶對(duì)Cu的響應(yīng)具有器官特異性[111]。

2)非酶抗氧化系統(tǒng) AsA-GSH循環(huán)是植物響應(yīng)脅迫的重要途徑(圖3)，主要通過(guò)還原型的抗氧化物ASA和GSH、APX、GR、單脫水抗壞血酸還原酶 (monodehydroascorbate reductase, MDHAR)和抗壞血酸還原酶 (dehydroascorbate reductase, DHAR) 等參與的多個(gè)酶促反應(yīng)共同作用，從而實(shí)現(xiàn)H2O2清除及ASA和GSH再生的過(guò)程，維持細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而提高植物在脅迫條件下的抗逆性[112]。作為一類重要的輔酶和強(qiáng)還原劑，ASA在植物生長(zhǎng)發(fā)育和防御機(jī)制中發(fā)揮重要作用[113]。生理?xiàng)l件下，谷胱甘肽主要以還原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)兩種形式存在于植物體內(nèi)[114]。GSH可直接將活性氧還原，自身發(fā)生氧化反應(yīng)形成GSSG，GSSG又可被GR還原成GSH[106]。研究表明，在1 mmol/L的高濃度Cu2+處理下，小麥根系A(chǔ)SA和GSH含量顯著高于對(duì)照處理[115]。蓖麻葉片GSH含量也隨著Cu處理濃度增加而增加[14]。與對(duì)照相比，10、50和100 μmol/L銅濃度處理下，水稻根部和地上部的GSH含量均高于對(duì)照，根部GSH含量增長(zhǎng)率尤其顯著，可能用于清除根系大量積累的H2O2以減弱高銅毒害作用[116]。Wu等[117]認(rèn)為南方紅豆杉可能通過(guò)合成大量ASA來(lái)抵抗銅脅迫造成的毒害作用。另外，1-肌醇-1-磷酸合酶基因(l-myo-inositol-1-phosphate synthase，MIPS)的上調(diào)可以增加植物肌醇含量，從而增強(qiáng)植物對(duì)各種脅迫的抵抗力。PeMIPS1的過(guò)表達(dá)導(dǎo)致抗氧化酶的活性增加以及ASA的積累，這部分解釋了轉(zhuǎn)基因楊樹(shù)活性氧清除能力的增強(qiáng)以及H2O2和MDA含量的降低[30]。以上結(jié)果表明，植物在不同濃度Cu2+脅迫條件下，通過(guò)調(diào)控其體內(nèi)不同器官的非酶抗氧化物含量變化來(lái)應(yīng)對(duì)逆境脅迫的傷害，進(jìn)而維持其自身的生命活動(dòng)。

圖3 脅迫下植物體內(nèi)抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)Fig. 3 The ascorbate-glutathione cycle in plants under stress

可見(jiàn)抗氧化系統(tǒng)對(duì)植物響應(yīng)逆境具有重要作用，但其具體發(fā)揮的效果以及起關(guān)鍵作用的成員因物種、金屬種類及濃度不同而有差異[2]，需要深入研究。

3.2.3 滲透調(diào)節(jié) 植物可以自動(dòng)增加脯氨酸(proline,Pro)、可溶性糖和可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)劑的含量，以調(diào)節(jié)滲透平衡，從而維持重金屬脅迫下細(xì)胞正常代謝以及提高植物抗逆性[118]。

通常情況下，植物體內(nèi)的Pro含量極少，一旦遭受脅迫，植物將刺激Pro合成以清除細(xì)胞內(nèi)積累的ROS[119]。有研究表明，與對(duì)照相比，南方紅豆杉葉片Pro含量在2.5、5.0和10.0 mg/L銅濃度下分別增加了20.1%、48.5%和68.2%。張飛[120]對(duì)梨苗接種叢枝菌根(AMF)后發(fā)現(xiàn)，AMF可通過(guò)促進(jìn)Pro的增加來(lái)提高植株抗性?？扇苄蕴呛涂扇苄缘鞍自谝欢ǚ秶鷥?nèi)對(duì)于緩解重金屬Cu脅迫也起到極其重要的作用。Cu在0～50 mg/kg的濃度范圍內(nèi)，與對(duì)照相比，青菜莖和葉中可溶性糖含量較對(duì)照均增加[121]。另外，黃芪根系可溶性糖和可溶性蛋白含量在8 mmol/L CuSO4處理下隨處理時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)[85]。

3.2.4 熱激蛋白 脅迫誘導(dǎo)合成的熱激蛋白(heat shock proteins, HSPs)可防止蛋白質(zhì)聚集或促進(jìn)錯(cuò)誤折疊及變性蛋白的選擇性降解，在維持細(xì)胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)方面起著重要作用[122]。研究表明，HSP70家族蛋白在各種植物中均響應(yīng)環(huán)境脅迫而大量積累[123]，該蛋白表達(dá)不僅可以限制金屬離子引起的蛋白中毒癥狀，也能幫助MTs隔離和解毒這些離子[124]。在葡萄轉(zhuǎn)錄組中，44個(gè)差異表達(dá)的熱激蛋白響應(yīng)銅脅迫，5個(gè)熱脅迫轉(zhuǎn)錄因子被銅脅迫誘導(dǎo)，其中VIT＿08s0007g08750被銅強(qiáng)烈誘導(dǎo)，只在Cu處理組中特異表達(dá)[40]。單體大小為12～42 kDa的小型熱激蛋白(sHSP)在植物中廣泛存在。OsMSR3是水稻體內(nèi)的一種sHSP，Cui 等[47]發(fā)現(xiàn)受Cu脅迫時(shí)，水稻組織內(nèi)OsMSR3基因表達(dá)上調(diào)，且過(guò)表達(dá)OsMSR3誘導(dǎo)Cu脅迫下擬南芥SOD和POD相關(guān)基因表達(dá)的上調(diào)及活性的增強(qiáng)，緩解了銅離子對(duì)葉綠素和類胡蘿卜素的破壞，同時(shí)植株能夠積累更多的內(nèi)源性ABA，從而增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因擬南芥的Cu脅迫耐受性。

3.2.5 植物激素 植物激素是細(xì)胞內(nèi)主要的信號(hào)分子，通過(guò)激活各種抗氧化酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)，刺激植物細(xì)胞多種轉(zhuǎn)錄因子及增強(qiáng)植物對(duì)重金屬的富集能力等來(lái)緩解重金屬的毒害作用。植物激素?zé)o法克服重金屬對(duì)植物養(yǎng)分吸收產(chǎn)生的不良影響，但能有效抑制重金屬的吸收。有報(bào)道[125]稱，0.5 mmol/L CuSO4處理后8 h，‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄內(nèi)源激素 (ABA、CTK、BR) 相關(guān)基因、蛋白及代謝物表達(dá)水平顯著上調(diào)，隨后逐漸下調(diào)，該多組學(xué)數(shù)據(jù)說(shuō)明這3類植物激素參與植株響應(yīng)銅脅迫過(guò)程。冷翔鵬[40]研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)素(IAA)、乙烯(ET)、脫落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、油菜素內(nèi)酯(BR)和赤霉素(GA)等激素信號(hào)均可響應(yīng)Cu脅迫，其中與ABA合成相關(guān)的基因表達(dá)水平主要表現(xiàn)為下調(diào)，其他激素相關(guān)基因表達(dá)水平主要表現(xiàn)為上調(diào)。ABA可通過(guò)調(diào)節(jié)氣孔閉合來(lái)影響植物對(duì)有害金屬的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)[126]；另外，在Cu、Hg和Cd等重金屬富集條件下，ABA合成基因(PYLs, PP2Cs, SnRK2)表達(dá)上調(diào)，內(nèi)源ABA水平提高，繼而提高植物的抗氧化酶(CAT、SOD和POD)活性，增加受脅迫組織中Pro含量，增強(qiáng)植物重金屬耐性[47, 126–127]。有報(bào)道稱 Cu 可誘導(dǎo)菜豆、水稻、擬南芥[128–130]體內(nèi)茉莉酸(JA)產(chǎn)生，JA通過(guò)在細(xì)胞水平上增強(qiáng)MTs、PCs和GSH的合成，在植物耐受Cu脅迫中發(fā)揮重要作用。相應(yīng)地，外源添加某些植物激素可改善植物的重金屬耐性。大量研究證明外源IAA、GA、BR和水楊酸(SA)可通過(guò)增強(qiáng)光合作用，抗氧化系統(tǒng)、調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等途徑來(lái)介導(dǎo)植物對(duì)重金屬的耐受機(jī)制[131–134]?？梢?jiàn)參與銅脅迫響應(yīng)的植物激素較多，它們通過(guò)什么途徑產(chǎn)生，通過(guò)何種途徑來(lái)響應(yīng)銅刺激，并且不同激素聯(lián)合調(diào)控植株抗銅性的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制是什么，這些問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。

3.2.6 細(xì)胞自噬 細(xì)胞自噬(autophagy)是一種細(xì)胞內(nèi)自我降解途徑，參與植物細(xì)胞中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、生長(zhǎng)發(fā)育、生物及非生物脅迫響應(yīng)等過(guò)程[135]。Zhou等[39]采用包括Cu在內(nèi)的5種不同的重金屬(Cu、Ni、Zn、Cd和Mn)處理煙草幼苗，發(fā)現(xiàn)18個(gè)自噬基因ATGs(autophagy-related genes)至少受其中一種重金屬調(diào)控，且表達(dá)量是對(duì)照組的2倍以上。其中11個(gè)ATGs在這5種重金屬脅迫中呈上調(diào)表達(dá)趨勢(shì)，但這些重金屬如何調(diào)節(jié)自噬途徑仍需進(jìn)一步研究。Shangguan等[41]首次利用生物信息學(xué)技術(shù)鑒定出葡萄基因組中的35個(gè)自噬相關(guān)基因(ARGs)，發(fā)現(xiàn)幾乎所有VvARGs表達(dá)在Cu脅迫下受誘導(dǎo)。其中大多數(shù)VvARGs在Cu脅迫4 h時(shí)快速響應(yīng)，因而可能在Cu耐受性中起關(guān)鍵作用。并且，CuSO4處理4 h后葡萄葉片自噬小體數(shù)量和MDA含量均升高，并在24 h達(dá)到峰值，推測(cè)自噬響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)可能參與了葡萄對(duì)Cu脅迫的應(yīng)答。有趣的是，植物細(xì)胞中多種細(xì)胞器都具有其特異的自噬過(guò)程，包括過(guò)氧化物酶體自噬、線粒體自噬、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬和核糖體自噬等。而這些細(xì)胞器均是產(chǎn)生ROS的主要部位，暗示ROS在細(xì)胞器自噬中起關(guān)鍵調(diào)控作用，其中具體的分子機(jī)制需要進(jìn)一步探究[136]。

3.2.7 表觀遺傳機(jī)制 表觀遺傳修飾機(jī)制，如DNA甲基化和miRNA干擾等是植物用于適應(yīng)生物和非生物脅迫的調(diào)控手段[30]。

重金屬脅迫能使植物的DNA甲基化發(fā)生變化，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)座子和基因的表達(dá)發(fā)生改變[137]。隨著Cu2+處理濃度(0.25、1.0和3.0 mg/L)的增大，擬南芥幼苗基因組甲基化多態(tài)性呈增高趨勢(shì)[138]。Shi 等[139]發(fā)現(xiàn)過(guò)量的Cu誘導(dǎo)水生黑藻4種DNA甲基化相關(guān)蛋白的高表達(dá)，顯著改變其DNA甲基化模式，而且他們認(rèn)為DNA去甲基化模式改變的原因可能部分歸結(jié)于ROS誘導(dǎo)的DNA損傷。

MicroRNA具有調(diào)節(jié)植物生理生化進(jìn)程、信號(hào)傳導(dǎo)、響應(yīng)生物和非生物脅迫等功能[140]。miR398通過(guò)負(fù)調(diào)控靶基因CSD的表達(dá)，調(diào)節(jié)植物體內(nèi)銅代謝的平衡，響應(yīng)各種非生物脅迫和生物脅迫等，在多種逆境脅迫響應(yīng)中扮演重要角色[36]。在高濃度Cd、Al和Cu等重金屬脅迫下，miR319與其靶基因TCP因子的表達(dá)量均會(huì)發(fā)生改變[37]。轉(zhuǎn)錄因子SPL7在miRNA響應(yīng)Cu缺乏或過(guò)量時(shí)維持植物體內(nèi)銅穩(wěn)態(tài)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。缺Cu會(huì)促進(jìn)SPL7表達(dá)，SPL7通過(guò)結(jié)合在Cu脅迫響應(yīng)miRNA基因(如miR397a、miR398b/c和miR857)以及Cu轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因(COPT1、COPT2和COPT6)啟動(dòng)子的GATC順式作用元件上，誘導(dǎo)它們表達(dá)并抑制miRNA靶基因轉(zhuǎn)錄，從而提高植物對(duì)Cu離子的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)；相反，Cu過(guò)量時(shí)將導(dǎo)致SPL7失活，可能是通過(guò)與特定的Cu-復(fù)合物相互作用結(jié)合Cu，從而導(dǎo)致SPL7無(wú)法結(jié)合靶基因啟動(dòng)子中的GTAC基序，因而降低了受SPL7轉(zhuǎn)錄激活的miRNA及Cu轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)量，抑制植物對(duì)Cu離子的吸收，從而提高植物的耐銅性[38]。

4 總結(jié)與展望

到目前為止，關(guān)于植物體內(nèi)Cu穩(wěn)態(tài)和解毒方面的研究取得了較大進(jìn)展，人們對(duì)植物響應(yīng)銅脅迫的機(jī)制也有了進(jìn)一步了解。銅脅迫條件下，植物可以通過(guò)根系分泌物具有的理化性質(zhì)、根系的吸收及固定過(guò)程來(lái)減少細(xì)胞對(duì)銅離子的吸收，一旦大量銅離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，與金屬離子有高親和性的硫醇化合物(PCs、MTs和GSH)便會(huì)與之結(jié)合，減弱銅離子的毒害作用，并且抗氧化系統(tǒng)也會(huì)被激活來(lái)清除ROS以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。另外，植物也可自發(fā)調(diào)節(jié)滲透作用，誘導(dǎo)熱激蛋白及相關(guān)植物激素合成，細(xì)胞自噬及表觀遺傳機(jī)制來(lái)響應(yīng)銅脅迫，維持植物正常生長(zhǎng)過(guò)程。但是仍有一些方面尚不清楚或很少進(jìn)行研究。例如，銅離子的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和螯合過(guò)程與植株的生長(zhǎng)發(fā)育及環(huán)境調(diào)節(jié)途徑密切相關(guān)，這些途徑如何共同影響銅脅迫下植株表型還需要進(jìn)一步研究；關(guān)于自噬和表觀遺傳機(jī)制調(diào)控植物響應(yīng)銅脅迫過(guò)程的研究主要分析了銅脅迫下相關(guān)響應(yīng)基因表達(dá)水平的變化，而具體的調(diào)控機(jī)制尚不明確；植物激素在一定程度上可緩解Cu毒害，但它們響應(yīng)銅脅迫的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚不清楚，且植物的耐受性與噴施激素的濃度、時(shí)間和種類等因素之間存在一定相關(guān)性，還需大量研究進(jìn)行驗(yàn)證。另外，大部分關(guān)于銅穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的研究進(jìn)展都是在植物缺乏銅的情況下取得的，關(guān)于銅過(guò)量條件下的研究較少，而且對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生危害的銅濃度臨界值還沒(méi)有明確定論。近年來(lái)，針對(duì)土壤重金屬污染這一世界性問(wèn)題，低污染的植物修復(fù)技術(shù)受到廣泛關(guān)注?？茖W(xué)家利用銅脅迫下植株表型特征及組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行富集植物的篩選及富集機(jī)理的挖掘，在解決土壤銅污染及改善植物抗銅性等方面發(fā)揮重要作用。但值得注意的是，單一的植物修復(fù)具有局限性，用于植物修復(fù)的超積累植物大部分植株矮小、生長(zhǎng)緩慢，修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，且植物揮發(fā)作用使可揮發(fā)性重金屬 (Hg、Se等) 排到大氣中，對(duì)環(huán)境和人類均會(huì)造成危害，故需要進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)理研究。因此，需要考慮植物修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和栽培管理等多種技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)的最大效果。

因此，今后可以從以上幾個(gè)方面深入研究，并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組、代謝組和蛋白組學(xué)等多組學(xué)技術(shù)完善植物在銅脅迫下的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)機(jī)制研究，加強(qiáng)對(duì)植物響應(yīng)銅脅迫分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)以及推進(jìn)植物耐銅性研究，以便將基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)技術(shù)，為農(nóng)業(yè)上指導(dǎo)平衡施肥提供一定的參考并且進(jìn)一步改善土壤銅污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀。