随着人类活动的不断加剧和工农业生产的迅速发展，重金属在环境中的释放严重污染了农田、河流等与人类息息相关的生态系统。重金属污染引起植物体的生理效应，产生各种活性氧自由基对细胞DNA等生物大分子造成损害，严重时将导致细胞的死亡。 本研究以拟南芥原生质体为实验体系，研究不同浓度的3种重金属离子(Zn2+、Cd2+和Cu2+)对拟南芥原生质体的毒性和DNA损伤的差异。结果表明：经1-5 mmol.L-1和Zn2+、Cd2+或者Cu2+分别处理拟南芥原生质体，2 h内原生质体活力逐渐下降，并表现出明显的浓度依赖性；与相同浓度的Cd2+和Cu2+相比，Zn2+对拟南芥原生质体活力的影响表现出较低的毒性。单细胞凝胶电泳检测发现，Zn2+对原生质体的遗传毒性明显低于Cu2+和Cd2+。综合原生质体活力和DNA损伤的单细胞凝胶电泳检测结果来看，Zn2+对拟南芥原生质体的遗传毒性较低，而Cd2+和Cu2+的遗传毒性较高。本研究建立的拟南芥原生质体实验体系，结合单细胞凝胶电泳技术的运用，能够快速、灵敏检测重金属对植物细胞的遗传毒性。 通过改进的单细胞凝胶电泳方法，检测重金属Zn2+对玉米、拟南芥和蜈蚣草DNA的损伤差异。结果表明，玉米和拟南芥的细胞核DNA损伤随着Zn2+处理浓度的增加而增加，而Zn2+几乎不能诱导蜈蚣草DNA损伤。可见，不同物种受重金属污染引起的DNA损伤存在明显的差异敏感性。 Cd2+是一种常见的环境污染重金属，对动植物普遍具有较强的毒性。本研究以玉米幼苗为研究对象，利用单细胞凝胶电泳技术检测到Cd2+所诱导玉米DNA损伤的规律，观察到Cd2+诱导玉米根组织中H2O2的累积；通过特异性抑制剂证实NADPH氧化酶参与了Cd2+所诱导的氧化猝发，提出了Cd2+诱导玉米DNA损伤的的初步机理和途径。