乍一看，很难看出金、铁、铅、砷、银、铂和锡有什么共同之处。看一看元素周期表它们都是重金属，通常被归类为原子量和密度至少是水的五倍的金属。

这些重金属和其他重金属自然存在于环境中，在某些情况下，也存在于我们的体内。它们大多被认为是无害的，但在一定程度的接触下，它们对人类、植物和动物生命是有毒的。过度接触重金属会阻碍植物生长，降低种子产量。

有些植物有演化特征增加了它们对重金属的耐受性。包括我在内的许多研究人员都认为，了解并利用这些进化特征可以使我们保护农作物免受重金属毒性的不良影响。

我的研究重点是提高植物对重金属的耐受性，这在南非这样的国家尤为重要采矿活动污染土壤．这些土壤对农业至关重要。

即使是同一科的植物也使用不同的策略来对付金属。有些植物吸收根部的金属，并将其转移到叶子上;另一些则吸收金属并将其固定在根部。这对食品安全和食品安全非常重要，因为我们希望植物能够限制金属吸收到其可食用部分。然而，正如我的同事和我在最近检讨文件在美国，利用这些策略并非易事。

暴露和风险

重金属胁迫或毒性当植物暴露在土壤中的重金属中时，就会发生这种情况。

这种接触通常是由农业、采矿和工业等人类活动产生的废物和污染物造成的。在南非，采矿业一直是一个主要的罪魁祸首重金属污染。

这抑制了植物的生长或通过光合作用将阳光转化为基本能量的能力。或者它可能会影响它们吸收营养的方式，或者它们对干旱或有害病原体的反应。

这对粮食作物的生产产生了影响。世界各地的研究发现重金属毒性会降低作物产量和品质。药用植物也会受到重金属的影响。

植物是如何做到的

植物进化出了一些机制来抵御重金属的影响。我研究其中之一:植物用来控制重金属吸收的信号机制——它们对重金属的“免疫”反应。

就像人类免疫系统对病原体发出警报、监测并作出反应一样，植物也进化出了信号机制，帮助它们调节对重金属的耐受性。

这些信号机制令人印象深刻。例如，植物可以触发信号事件释放低分子量配体(离子或分子)它们与重金属紧密结合，阻止它们从根部移动。

但它们还远远不够完美。随着HIV和SARS-CoV-2 (COVID-19背后的冠状病毒)等人类病毒显示在美国，某些病原体会使免疫系统短路。重金属可以通过模仿必需营养素对植物的信号机制产生同样的影响;例如，金属钒类似于磷酸盐．

像铜这样的重金属也被证明会破坏植物根部细胞壁的膜完整性。同样，重金属也会破坏这些细胞壁的构造;弱化的细胞壁使细胞失去结构完整性，从而暴露细胞膜，导致细胞死亡。

重金属还会损害质膜的工作，而质膜调节物质进出植物细胞的运输。这通过否定在质膜中工作的许多转运蛋白的功能来阻止必需营养素的摄取。

有益的教训

尽管存在缺陷，但这些信号机制是强大的。这就是我研究它们的原因:如果我们能够挖掘植物适应重金属威胁的方式，就有可能通过使用正确的植物，使被重金属污染的土壤恢复活力，或者将这种耐受性传递给其他植物，包括粮食作物。

我们和其他人正在进行的工作是有希望的，但仍处于早期阶段。也许不久的将来，植物的聪明适应性将标志着我们应对重金属毒性的方式发生改变。

马歇尔Keyster西开普大学副教授