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  ss467778464 2008-04-29 00:00:00

  重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù) 隨著礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)利用、工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展和各種化學(xué)產(chǎn)品的廣泛使用，如何控制和減輕重金屬對環(huán)境的污染和危害已成為一個日益突出的問題。土壤重金屬污染具有隱蔽性、不可逆性和后果嚴(yán)重性的特點，其治理迄今仍未找到理想的方法。一些科學(xué)家開始探索在不破壞土壤生態(tài)環(huán)境的情況下治理重金屬污染的新途徑，也就是植物修復(fù)。這一途徑具有GX低耗的特點，已引起國際土壤-植物營養(yǎng)學(xué)界和環(huán)境科學(xué)界的濃厚興趣和政府部門的高度重視，有望成為一項具有廣闊應(yīng)用前景的治理重金屬污染土壤的全新技術(shù)。 1 植物修復(fù)技術(shù) 植物修復(fù)是利用綠色植物來轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污染物使其對環(huán)境無害。植物修復(fù)的對象是重金屬、有機物或放射性元素污染的土壤及水體。重金屬污染的植物修復(fù)主要分為下面幾種：（1）植物提?。╬hytoextraction），是植物修復(fù)技術(shù)的主要手段。植物提取即利用重金屬富集能力較高的植物通過吸收和轉(zhuǎn)運過程，將土壤中的一種或幾種重金屬轉(zhuǎn)移并貯存在地上部分，隨后收獲地上部分并集中處理，通過如此重復(fù)種植這種植物就可以使土壤中重金屬含量降低到可接受的水平。（2）根際過濾（rhizofiltration），指利用超累積植物的富集特性，在根系或體內(nèi)濃縮（富集）污染水體（如池溏、河流）中的金屬污染物，達(dá)到污水處理的效果。效果與植物提取一樣，差別則是一個是水體，一個是土壤。對于用作根際過濾的植物其累積不一定要集中在莖葉，可以在根系，而且不一定要吸收，能在根系沉積同樣有效。（3）植物揮發(fā)（phytovolatilization），是利用植物吸收、積累和揮發(fā)而減少土壤中一些揮發(fā)性污染物，即植物將污染物吸收到體內(nèi)后將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中?？捎糜诟牧寂c修復(fù)那些富含Hg、Se，可能還包括As的土壤。（4）植物穩(wěn)定（phytostabilization），是利用耐重金屬植物降低土壤中有毒金屬的移動性，從而減少金屬被淋濾到地下水或通過空氣擴(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性。如植物枝葉分解物、根系分泌物對重金屬的固定作用、腐殖質(zhì)對金屬離子的螯合作用。（5）植物促進(jìn)（phytostimulation），植物本身不能吸收重金屬，但植物的根系分泌物如氨基酸、糖、酶等物質(zhì)可促進(jìn)根系周圍土壤的微生物的活性和生化反應(yīng)，有利于重金屬的釋放和微生物的吸收。 2 超積累植物對重金屬離子的機制 絕大多數(shù)重金屬元素不屬于植物生長所必需的營養(yǎng)元素，普通植物僅吸收少量的重金屬元素，土壤中高含量的重金屬還會對植物產(chǎn)生毒害作用。研究表明，超積累植物對重金屬的耐性主要是借助液泡中金屬的多價螯合作用而實現(xiàn)的：（1）谷胱甘肽（GSH）。GSH含巰基，具有很強的氧化還原特性，可有效地清除活性氧等自由基，因此GSH在植物抗逆境脅迫中起重要作用。GSH為三肽，結(jié)構(gòu)通式為γ-Glu-Cys-Gly。（2）植物螯合素（PCs）。PCs由植物體內(nèi)一系列低分子量、能夠結(jié)合金屬離子的多肽組成，其結(jié)構(gòu)通式為(γ-Glu-Cys)n-Gly，一般來講，n為2～5，Z高可達(dá)11?，F(xiàn)已明確PCs在植物解Cd毒中起到重要作用，PCs-Cd復(fù)合物是Cd由細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入液泡的主要形式。正是由于PCs在重金屬離子區(qū)室化中所起的重要作用，近年來PCs已成為植物抗重金屬脅迫的研究熱點之一。（3）金屬硫蛋白（MT），金屬硫蛋白（Metallothioneins）是自然界中普遍存在的一種低分子量、富含半胱氨酸的蛋白質(zhì)。它與PCs的本質(zhì)區(qū)別在于MT由基因直接編碼，而PCs在PCs合成酶的催化下完成。與PCs一樣，金屬硫蛋白能夠通過巰基與金屬離子結(jié)合，從而降低重金屬離子的毒性，它對于Zn2+和Cu2+的效果尤為明顯。（4）細(xì)胞壁的固持與區(qū)室化作用，植物細(xì)胞壁殘基對陽離子有高親和力，可以影響重金屬離子向細(xì)胞內(nèi)的擴(kuò)散速率，從而影響金屬離子的吸收。Z近的研究表明，區(qū)室化作用與超積累植物富集重金屬離子的能力密切相關(guān)。但區(qū)室化作用是否為超積累植物富集重金屬離子的一個普遍機理還需對新發(fā)現(xiàn)的超積累植物進(jìn)一步研究才能確定。 3 植物修復(fù)的研究動態(tài)與展望 植物修復(fù)技術(shù)與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)技術(shù)相比具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的雙重優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）實用范圍廣，在清除土壤中重金屬污染物的同時，可清除污染土壤周圍的大氣、水體中的污染物；（2）污染物在原地去除，可通過傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)措施種植植物，使成本大大降低，而且可從產(chǎn)生的富含金屬的植物殘體中回收貴重金屬，取得直接的經(jīng)濟(jì)效益；（3）植物本身對環(huán)境的凈化和美化作用，更易被社會所接受；（4）植物修復(fù)過程也是土壤有機質(zhì)含量和土壤肥力增加的過程，被修復(fù)過的土壤適合多種農(nóng)作物的生長。然而，植物修復(fù)技術(shù)目前尚存在著某些不足。其一是重金屬超積累植物是在重金屬脅迫環(huán)境下長期誘導(dǎo)、馴化的一種適應(yīng)性突變體，往往生長緩慢、生物量低，且常常受到雜草的競爭性威脅；其二是這種超積累植物多為野生型稀有植物，對生物氣候條件的要求比較嚴(yán)格，區(qū)域性分布較強，嚴(yán)格的適生性使成功引種受到嚴(yán)重限制；其三是超積累植物的專一性很強，往往只對某種特定的重金屬表現(xiàn)出超富集能力，且大部分仍處于試驗階段，到實際應(yīng)用還有一定距離。體積較小或呈蓮座形生長的植物往往影響機械收獲，從而增加了收獲的費用。 我國在超積累植物治理重金屬土壤污染方面進(jìn)行了積極探索與初步嘗試，但系統(tǒng)性研究目前尚處于起步階段。曾普遍認(rèn)為利用植物吸收法治理土壤重金屬污染耗時太久，究其原因主要是尚未找到所需的超積累植物。近年來，ZG科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究ZX、浙江大學(xué)、中山大學(xué)等單位在這一領(lǐng)域中的研究取得了一定的進(jìn)展。他們報道了在我國境內(nèi)的重金屬超積累植物共有5種：銅超積累植物——海州香薷（Elsholtzia splendens N）、砷超積累植物——蜈蚣草（Pteris vittata L）和大葉井口邊草（P. cretica）、鋅超積累植物——東南景天（Sedum alfredii H）、鎘超積累植物——寶山堇菜（Viola baoshanensis）。 總之，對于重金屬污染，采用植物修復(fù)技術(shù)是一低耗費的有效途徑。雖然目前對于可利用超積累植物的生物量、適生條件等還不夠令人滿意，但一方面可以繼續(xù)去尋找和發(fā)掘?qū)χ亟饘倩蚍派湫院怂氐某e累植物，另一方面可以應(yīng)用現(xiàn)代分子生物學(xué)手段進(jìn)行相關(guān)基因的分離與分子克隆，將其轉(zhuǎn)移到生物量較高的植物體中，從而產(chǎn)生適合人們需求的轉(zhuǎn)基因植物。盡管目前在植物生理學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、化學(xué)、遺傳學(xué)、環(huán)境保護(hù)學(xué)和生物工程等許多方面還需要進(jìn)行更系統(tǒng)、深入的研究，但超積累植物治理重金屬污染無疑為人們提出了新的思路，將會得到迅速發(fā)展并開拓出廣闊的應(yīng)用前景。

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  lxy121929 2008-04-29 00:00:00

  植物的富集特性是將無機環(huán)境中的元素富集到植物體內(nèi)

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