سمیت سرب به این دلیل است که بسیاری از جنبه های رفتار متابولیسمی Ca را تقلید می کند و از فعالیت بسیاری از آنزیم ها جلوگیری می کند(Ross, 1994).

کادمیوم

کادمیوم یک فلز با سمیت زیاد بوده و ورود آن در چرخه غذایی انسان موجب نگرانیهایی شده است. اثرات منفی این عنصر بر فعالیتهای بیولوژیکی خاک، متابولیسم گیاه، سلامتی انسانها و حیوانات سبب شده است که رفتار کادمیوم در خاکها بین ۱/۱-۰۶/۰ میلی گرم در کیلوگرم است. فراوانی کادمیوم در سنگهای ماگمایی و رسوبی از ۳/۰ میلی گرم در کیلوگرم فراتر نمی رود و این فلز احتمالا در رسوبات شیل و رس مانند تجمع یافته است. کادمیوم از نظر ژئوشیمی به روی شباهت دارد اما تحرک آن در محیط های اسیدی بیش از روی می باشد. ترکیبات کادمیوم مشابه ترکیباتی از کاتیونهای Ni⁺²،Fe⁺²،Mg⁺²،Zn⁺²،Co⁺² و در برخی موارد Ca⁺² شناخته شده اند (Kabata-Pendias, 1997).

نیکل

نیکل عنصری است فلزی ، با عدد اتمی ۲۸ و عدد جرمی ۶۹/۵۸ در دوره چهارم جدول تناوبی قرار دارد و از عناصر واسطه محسوب می شود. این عنصر دارای چندین درجه اکسایش است که مهمترین آن ها Ni²⁺ می باشد. شعاع یونی آن pm70 بوده که نزدیک به شعاع یونی Fe²⁺ ،Mg²⁺ ، Co²⁺، Zn²⁺و Cu²⁺ می باشد. بنابراین با توجه به شباهت خواص شیمیایی نیکل( از قبیل شعاع یونی و بار الکتریکی) با برخی از عناصر ضروری میتواند برای اشغال جایگاه های جذب در ریشه با آن ها رقابت نماید (Uren, 1992).

نیکل در بین فلزات سنگین از جایگاه ویژه ای برخوردار است در سال ۱۹۸۷، نیکل ابتدا به عنوان یک عنصر را تکمیل چرخه زندگی گیاه شناخته شد (Andreeva et al., 2001). در اواسط ۱۹۷۰، به عنوان یک عضو مهم اوره آز شناخته شد که یک متالو آنزیم گیاهی میباشد و در هیدرولیز اوره نقش دارد.
شواهد نشان میدهد مقادیر کافی نیکل در دسترس، برای فعالیت اوره آز ضروری می باشد. کمبود مقادیر نیکل محیط و عدم فعالیت اوره آز باعث اختلال در متابولیسم نیتروژن و تجمع مقادیر سمی اوره در ساقه میشود. در برخی گیاهان، مقادیر کم نیکل برای رشد گرهک های ریشه و فعالیت هیدروژناز لازم است و به تثبیت نیتروژن کمک میکند. همچنین اسپری کردن سولفات نیکل روی گیاه پنبه، افزایش تعداد جوانهها و گلها، افزایش مقدار و محتوای روغن دانه ها را به دنبال داشته است (McGrath, 1995).
الگوی تجمع نیکل در دیواره سلولی و پروتوپلاست بافت ریشه بیانگر این است که نیکل توسط هر دو مسیر آپوپلاست و سیمپلاست منتقل میشود. بعد از رسیدن نیکل به آوند چوبی توسط انتقال شعاعی، نیکل میتواند توسط شیره آوند چوبی به ساقه برسد (Brooks et al., 1981).
در برگ برخی گیاهان بیش انباشتگر، کمپلکس نیکل- سیترات بیشتر از کمپلکس نیکل- مالات دیده میشود. علاوه بر کمپلکس نیکل با اسیدهای آلی، چندین گونه گیاهی دارای کمپلکسهای آبی نظیر(H₂O)Ni یا کمپلکس نیکل- هیستیدین میباشد(Kerkeb and Krlimer, 2003). میزان این کمپلکسها در گیاهان مختلف، متفاوت است. مقدار و توزیع کمپلکس های حاوی نیکل بسته به سن گیاه تغییر میکند. انتقال با مسافت طولانی نیکل شامل هر دو مسیر زایلم و فلوئم می شود (Cataldo et al., 1988).
توزیع نیکل در بافتهای گیاهی با سایر فلزات تظیر کادمیوم و سرب متفاوت است. آندودرم از حرکت کادمیوم و سرب به استوانه مرکزی جلوگیری میکند ولی نیکل به راحتی در بافتهای آوندی منتقل شده و به این ترتیب میتواند به آسانی به اندام های بالایی گیاهان بیش انباشتگر برسد(Seregin and Kozhevnikova, 2006).

منابع فلزات سنگین در خاک:

منابع اصلی آلودگی فلزات سنگین شامل ترکیبات طبیعی و یا حاصل از فعالیت های انسان میباشند. ترافیک شهری، دور ریزهای خانگی و پسابهای صنعتی، دفع غبار حاصل از کارخانجات، آئروسولها و خاکستر حاصل از صنایع فرآوری کننده فلزات که منجر به آلودگی نواحی مختلف شده است.
در مزارع کشاورزی، آلودگی فلزات سنگین بخاطر تیمار خاک با پسابهای آلوده و استفاده بی رویه کودهای فسفاته حاوی کادمیم (Cd)، یک مسأله فزاینده میباشد. دوام بلند مدت بیولوژیکی و باقی ماندن در خاک، سبب انباشته شدن این فلزات در زنجیره غذایی و در نتیجه تأثیرات منفی بالقوه برای سلامتی انسان میگردد. میزان دسترسی به این فلزات بستگی به نوع گیاه و میزان مورد نیاز آنها بعنوان ریز مغذی و قابلیت گیاهان برای تنظیم کارآمد متابولیسم آنها از طریق ترشح اسیدهای آلی یا پروتونها به محیط ریشه دارد. علاوه بر آن، خصوصیات خاک بر میزان تحرک آنها و بنابراین تنظیم میزان آزادسازی آنها در محلول خاک مؤثر است. توانایی گیاهان برای جذب فلزات از خاک، استفاده داخلی از آنها و مکانیزمهای رفع مسمومیت سلولی، حوزه های تحقیقاتی هستند که اخیراً با اقبال روزافزونی مواجه شدهاند از طرفی خاصیت تجمع پذیری فلزات سنگین در گیاهان و ورود آنها به زنجیره غذایی خطرات ناشی از آنها را دو چندان میکند. با رشد صنعت و افزایش مصرف مواد شیمیایی و همچنین ورود آنها در آب، خاک و هوا و آلوده شدن محیط رویارویی انسان با خطرات ناشی از آنها بیشتر شده است.
منشأ اصلی فلزات سنگین، پسابهای صنعتی میباشد. آلودگی این عناصر در خاک میتواند نتیجه فعالیتهای صنعتی مانند استخراج معادن، ذوب وآبکاری فلزات، احتراق گازها،تولید سوخت و انرژی، استفاده از آفت کشها، کودهای شیمیایی و تولید ضایعات شهری باشد (Kabata-Pendis,1989).منبع اصلی آلودگی محیط زیست به فلزات سنگین ناشی از احتراق سوختهای فسیلی، صنایع ذوب فلز، ضایعات شهری، زهکشهای صنعتی، کودهای شیمیایی و آفتکشها و لجن فاضلاب عنوان شده است (Riley et al.,1992). محدوده غلظت خاکها و حد مجاز برای آلاینده های فلزی مهم در جدول ۱-۶ نشان داده شده است.
جدول ۱-۶ طیف غلظت های خاک و راهنمای قانونی برای برخی فلزات سمی(Riley et al.,1992)