本文应用聚丙烯酰胺浓度梯度凝胶电泳技术、示踪动力学分析技术、分子生物学技术、高效液相色谱测定技术和一些其它生理测定技术，系统研究了不同浓度的Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺对水稻、小麦生长发育伤害的规律和产生伤害的分子机理，并分析了水稻、小麦对Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺的耐性机制。 1 伤害规律 在不同发育阶段中，种子萌发和幼苗形态建成阶段是水稻、小麦对重金属胁迫最敏感时期。种子发芽率随Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺浓度的增高指数下降。幼苗形态的建成过程中根的伸长、叶的抽出和分蘖的发生受Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺胁迫的显著抑制。进入营养生长盛期和灌浆成熟期，水稻、小麦对重金属胁迫的敏感性降低。在不同组织器官中，以根系生长发育受Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺抑制的程度最高。其次，分蘖的发生对重金属胁迫也很敏感，分蘖数随Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺浓度的增高直线下降。茎的伸长、叶的展平和籽粒的发育对重金属胁迫的敏感性较低。在产量构成因素中，Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺主要通过抑制水稻、小麦的有效穗数而影响产量，当Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺浓度较高时，穗粒数和千粒重才受到明显抑制。三种不同的重金属对水稻种子萌发、根系生长、分蘖发生抑制程度的大小顺序为Cu²⁺＞Cd²⁺＞Hg²⁺。对小麦地下部根系生长的抑制程度亦为Cu²⁺＞Cd²⁺＞Hg²⁺。但对小麦地上部出叶速度、分蘖发生的抑制程度则为Cd²⁺＞Hg²⁺＞Cu²⁺。 2 伤害的分子机理 （1）对光合作用的研究表明，Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺能显著抑制水稻、小麦叶片的光合速率。高浓度的Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺可造成叶片PSⅡ、PSⅠ及捕光色素-蛋白质复合体含量大幅降低，也可造成叶绿素含量的下降以及叶绿素a／b比值的改变，进而直接抑制光合速率。另外，Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺还能抑制光合产物在叶内的相互转化，干扰叶片中光合产物的输出和抑制库器官光合产物的输入，造成叶片内小分子糖的积累，进而导致对光合作用的反馈抑制。 （2）对呼吸作用的研究表明，较低浓度（0.025～0.1 mmol／L）的Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺对水稻叶片的呼吸速率有促进作用，而较高浓度（≥0.1mmol／L）的Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺显著抑制水稻各器官的呼吸速率。对呼吸作用的抑制机理主要包括：①抑制各器官的淀粉酶活性和同功酶表达，使淀粉的降解过程受阻。②抑制MDH活性和同功酶表达，使三羧酸循环受阻。③抑制COD活性和同功酶表达，使呼吸链上的电子传递受阻。 （3）对MDA含量的测定表明，Cu²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺胁迫能促进膜脂过氧化，且以Cu²⁺的促进作用最高。膜脂过氧化的结果则导致一些重要生理功能发生改变，即引起①质膜透性增大，膜屏障能力降低。②膜结合酶活化能提高，膜脂流动性降低，相变温度增高。③线粒体Na⁺-K⁺-ATP酶活力下降，尤其在低温条件下更显著。④小麦抗冻害能力降低。 刃对蛋白质含量的测定表明，较高浓度的CU入、＊矿”和＊4咱导致水稻和小麦根系和叶片中的水溶性蛋白质含量大幅降低，尤其以根系蛋白质含量的降低最为显著。表明，重金属胁迫能引起蛋白质的水解和蛋白质合成的抑制。 ＊)对抗氧化酶活性和同功酶表达的分析表明，0刀5～1．ommolth的 Cuh、Cd2＋和 Hg“胁迫能造成 CAT活性的大幅降低，并抑制 CAT同功酶表达。较高浓度的CJ“、Cdy和地y也造成SOD、POD活性的大幅降低，并抑制SOD、POD同功酶表达。抗氧化酶活性的降低显然导致水稻、小麦体内ROS的积累。并且，由于 co对 cuZ＼ cdZ”和 Hgy胁迫抑制的敏感性最高，表明重金属胁迫优先导致作物体内HZOZ的积累。 的)对 Cuy、Cdh和 Hg》胁迫引起的 DNA毒性的研究表明，①3 0．lrnmol几的 CuZ＼ Cd入和 30刀25nuno凡的 Hg》能导致水稻幼苗期外 DNA合成速率明显增高。表明，相应浓度的重金属胁迫明显导致DNA的损伤。②0．l叶刀mrnol几的C＊咱促进稻、麦体内DNA和蛋白质的交联，0刀25－0．lmmol几的Cdy、Hgh也导致水稻体内DNA和蛋白质发生交联，井且和DNA发生交联的蛋白质易被胰蛋白酶水解。③0．l～l．0。Offe的地y及 l．0mOMi C扩飞导致 DNA链间交联的形成。④队05－2．O——o的＊／、＊4及0I～2。——一的＊J引起稻、麦 DNA发生断裂。⑤ 0刀25（或 005）～1．0 mmo凡的 Cu‘”、Cd‘“和 Hg‘”能导致水稻（或小麦）叶片DNA中5～MeC含量的大幅提高。供试浓度（刁～0．smmol／L）的 CuZ＼ Cdy和 Hgh也导致小麦穗中 5－MeC含量较对照显著提高。0．05mmol／L的Hg‘”和 0．05～0．stnmol／L或 01～0．smmol／L)的＊”和 Cd‘”导致水稻（或刁麦）根系 DNA中 5－MeC含量明显高于对照，高浓度（0．l－1．orntnoMi的＊”或1刀…i的Cll）、Cd＼则导致水稻和小麦根系DN A中5．M＊C含量明显低于对照。这证实，重金属胁迫能造成DNA损伤，并导致DNA甲基化异常，从而影响基因活力，干扰酶和蛋白质的合成，从根本上造成作物生长发育的伤害。3耐性机制 ＊)低浓度门刀s