植物对重金属（Cd，Cu，Pb，Zn）富集的研究进展
摘要：我国矿产资源丰富，矿区重金属污染十分严重，Pb、Zn、Cu、Cd 四种重金属的污染在我国极其严重。利用超富集植物修复矿区重金属污染土壤，较传统方法而言是一种可靠经济安全的技术。综述了Pb、Zn、Cu、Cd 四种重金属超富集植物，分析了可用于的我国重金属富集植物的分布情况和生活环境，为土壤重金属污染的生态恢复提供参考。
关键词：矿区；重金属污染；超富集植物
Abstract：Heavy metal pollution especially Pb， Zn， Cu and Cd is very serious in mine area. Technical use ofhyperaccumulators to restore the contaminated mine soil is feasible and reliable compared with traditional methods. Four kindsof heavy metal hyperaccumulators were reviewed，with analysis of their distributions and habitat，which will offer referencefor remediation of heavy metal polluted soil.
Key words：mine area；heavy metal pollution；hyperaccumulators
1 重金属超富集植物涵义
土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，并通过接触、食物链等途径直接或间接危害人类健康。据估算，中国每年因重金属污染的粮食达1200 万吨，造成的直接经济损失超过200 亿元。据环保总局不完全调查，目前中国受污染的耕地约1×107hm2，污水灌溉污染耕地216.7×104hm2，固体废弃物堆存占地和毁田13.3×104hm2，合计约占耕地总面积的1/10 以上。常规的，污染土壤修复方法，如淋洗法、热处理、固化、动电修复法等，不仅成本高、效率低，需要特殊仪器和经过培训的专业人员，而且还会破坏土壤结构及微生物区系，还可能导致“二次污染”等，难以大面积应用，而客土换土法并不能从根本上解决重金属污染问题。利用超富集植物修复重金属污染土壤具有投资少、不破坏土壤结构、不引起二次污染等优点，已成为一种可靠而相对安全的环境友好的修复技术，因而引起人们关注。Pb、Zn、Cu、Cd 等几种重金属的污染在我国极其严重，本文旨在通过对这四种重金属的超富集植物的分析，为土壤重金属污染的生态恢复提供参考。
1.1超富集植物
1977 年，Brooks 提出了超富集植物的概念，认为植物组织干重中含Ni 超过1000mg/kg，则该种植物就是Ni 的超富集植物。1983 年，Chaney 提出了利用超富集植物修复重金属污染土壤的思想，指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理（如灰化回收）后可将重金属移出土体，达到治理污染与恢复生态的目的。1989 年Bkaer重新定义了超积累植物：植物能富集>l000mg/kg 的Cu、Co、Ni、Pb，或是>l0000mg/kg 的Mn 或Zn，且地上部分重金属含量大于底下部分的本地植物就称为超积累植物（hyperaccmulator）。从上述的超富集植物的定义可知，对超富集植
物的定义主要考虑了两个因素，即植物体内的生物富集系数和转运系数。我国学者聂发辉2005 年在提出了新的评价系数———生物富集量系数，即给定生长期内单位面积地上部分植物吸收的重金属总量与土壤含量之比。此系数的提出扩大了传统超富集植物的定义，使得富集质量分数未达某一水平，但生物量很大的植物也能作为超富集植物。到目前为止世界上已发现的超富集植物有500多种，而最重要的超积累植物主要集中在十字花科，世界上研究最多的植物主要在芸苔属（Brassica）、庭芥属（Alyssums）及遏蓝菜属（Thlaspi），这些超积累植物大多是在气候温和的欧洲、美国、新西兰及澳大利亚的污染地区发现的
2超富集植物的概述
2.1 超富集植物的定义及特性
由于各种重金属在地壳中的丰度及在土壤和植物中的背景值存在较大差异，因此，对不同重金属，其超富集植物富集质量分数界限也有所不同。目前采用较多的是Baker和Brooks提出的参考值，即把植物叶片或地上部中Cd达到100 μg/g，含Co，Cu，Pb，Ni，达到1000 μg/g，Mn，Zn达到10000 μg/g以上的植物称为超富集植物[1]。
超富集植物一般具备6个特性:（l)超富集植物在重金属含量高的土壤以及在重金属含量低的非污染或弱污染土壤上，都具有很强的吸收富集能力；（2)能将所吸收的重金属元素大量迁移至地上部；（3)可收割的地上部能忍耐和积累高含量的污染物；（4)植物在野外条件下生长速度快，生长周期短，生物产量高；（5)植物对农艺调控反应积极，如施N，P，K肥能使植物生长量增长好几倍，可以反复种植，多次收割；（6)具有发达的根系组织，抗虫抗病能力强。
2.2超富集植物的分布
超富集植物是一些古老的物种，是在长期环境胁迫下诱导，驯化的一种适应性突变体，多为野生型稀有植物。这些植物是一些地方性的物种，其区域分布与土壤中某些重金属含量呈明显的相关性，这些植物作为指示植物在矿藏勘探中发挥了一定的作用。
根据野外采集样本分析，全世界现已发现Cd，Co，Cu，Pb，Ni，Se，Mn和Zn超富集植物400余种，这些植物涵盖了20多个科，其中十字花科植物较多。世界上研究得最多的超富集植物主要在芸苔属渭招，庭芥属及遏蓝菜属。这些超富集植物大多是在气候温和的欧洲，美国，新西兰及澳大利亚的污染地区发现的。
超富集植物在自然状态下的分布是很有限的，并且还表现出受污染的特殊性，目前还没有发现哪一种植物具有广谱的重金属超富集特性；同时，对不同重金属有超富集作用的植物种的分布也是很不均匀。已发现的超富集植物中，73%为Ni超富集植物，达227种；Cu和Co的超富集植物有约50种，Cu的约24种，Co的约26种，其中有9种对Cu和Co都有超富集能力。Ni的超富集植物主要分布于津巴布韦，新喀里多尼亚，古巴，西澳大利亚，南欧，美国西部，亚洲的马来群岛；Cu和Co的超富集植物多产于非洲扎伊尔沙坝铜矿带。
我国有广襄的国土，丰富的植物资源，复杂多样的地理地质构造，有可能蕴藏着大量超富集植物，为我国开展研究提供了良好的条件。但从总体来看，我国对超富集植物种类研究少，有关重金属超富集体的报道也很少，目前我国仅报导了12种金属和重金属的超富集植物。
3 影响重金属离子富集的因素
3.1pH值对重金属富集的影响
酸碱度对植物的生长及其对重金属元素的吸附均有很大的影响。一般情况下，pH值降低，土壤溶液电导值增大，离子强度增强，植物从土壤中吸收重金属的能力就会增强。此特性同样适用于水体中。水体中pH值降低，导致碳酸盐和强氧化物的溶解，H+离子的竞争作用增加了重金属离子的解吸量。在一般情况下，沉积物中重金属的释放量随着反应体系pH值的升高而降低。其原因既有H+离子的竞争吸附作用，也有金属在低pH值条件下致使金属难溶盐类以及配合物的
溶解等。因此，在受纳酸性废水排放的水体中，水中金属的浓度往往很高。李英敏[2]等在2002年的一篇文章中提到，将一定量的Pb2+溶液分别加入到pH值不同的藻液中，在不杀死藻细胞的pH值(5～10)范围内进行培养吸附，结果显示Pb2+的去除率也受到pH值的影响，只是不是很大。在正常的土壤Eh和pH值范围内，汞能以零价状态存在[3]，易于植物对汞的富集。可见，在研究植物对重金属的富集能力时，pH值是不容忽视的一个重要影响因素。
3.2温度对重金属富集的影响
温度是主要的生态因子，它直接影响植物对重金属的富集能力。根据有关研究[4]，几种常见的富集等温线表明，植物对重金属的富集量总是随着温度的升高而呈上升趋势，直到达到一定的温度后其不随温度的变化而变化。温度升高，增大了分子的移动速率以及植物自身酶的活性，加快了体系中分子离子的扩散。同时,适宜的光照和温度也会影响藻细胞的活性，增加植物对重金属的富集量。李秋华等[5]在2007年的研究中得到，温度和光照是藻类生物富集过程中可调节的两个因素。温度在25~38℃之间时，富集量会随着温度的升高而有所增加，但在38℃以上富集量又有所减少。李志勇等[6]于1999年的研究报告中提到，温度升高可较显著地提高Cr3+的富集量，从而证明该生物富集过程为吸热过程。
3.3氮磷对重金属富集的影响
施肥是提高植物对重金属污染土壤修复效率的强化措施之一。刘秀春[7]等提到,含有不同形态的N、P、K有机物对土壤理化性质和根际环境具有明显的影响。土壤中含氮有机物量升高，首先改变了土壤的pH值，一般情况下pH值降低，土壤溶液电导值增大，离子强度增强,植物从土壤中吸收重金属的能力就会增强。因此,如果含氮有机物使土壤变酸，就会增大土壤中重金属的溶解度，减少土壤吸附重金属的量,提高超富集植物对重金属的富集量。从根际环境看,当植物吸收NH和NO,根系分泌不同的离子,吸收NH-N时引起H+的分泌，造成根际周围酸化；而吸收NO2-植物分泌-OH,造成根际碱化。一般情况下,增加含氮有机物的量能增加土壤中重金属的植物活性，有利于超富集植物对土壤中重金属的吸收。含磷有机物在这一方面既促进植
物活性，也对其有抑制作用。有不少实验表明[8]，增加土磷含量会促进植株对镉的积累,能一定程度地提高砷超富集植物的修复能力。施磷肥同样也能增加土壤砷的生物有效性，这是由于磷酸盐通过离子交换作用置换土壤中砷酸盐所产生的效应。廖晓勇等[9]的研究表明，含磷有机物含量增大，砷超富集植物蜈蚣草对磷砷(V价盐)的吸收表现为协同作用。这说明含磷有机物的种类对重金属在土壤中的形态有不同的影响，因此在土壤中施加合理的磷肥能增加超富集植物对土壤中重金属的富集。
3.4络合剂EDTA对重金属富集的影响
植物对重金属的迁移转化能力是指植物从土壤中提取的重金属由生长周期较长的根部向生长周期较短的茎叶转移的能力，其可用转运系数表示。转运系数即植物地上部分重金属含量与植物根部重金属含量之比，以显示根部吸收的重金属向地上部的迁移转化能力[10]。由于重金属离子在土壤中会产生沉淀和吸附现象，降低植物对重金属的迁移能力，但施用螯合剂可提高超积累植物对重金属的吸收。
EDTA是螯合剂的代表性物质，能和碱金属，稀土元素和过渡金属等形成稳定的水溶性络合物，是一种重要的络合剂。它能与重金属盐反应，生成可溶性的金属络合物，提高金属离子在土壤中的迁移速率。Domen Lestan等研究表明，EDTA能与绝大部分重金属离子以1∶1的摩尔比螯合形成有机金属螯合物，并且去除率随着两者摩尔比的增加而升高，因此理论上EDTA的最少用量为1倍重金属的量，才有可能完全将重金属离子置换到溶液相中。杨天周[11]在2008年的研究中提到，EDTA对Pb或Cu的单一污染土壤可以大幅度增加金属的解吸量，但在Cu-Pb复合污染土壤中，由于两种金属离子同时存在，出现了Cu，Pb对EDTA的竞争性反应，彼此间互相影响。王伟等[12]在2009年的研究中发现，ED-TA不但能活化土壤中Cd，而且能显著提高印度芥菜对Cd的富集量，使被活化的土壤Cd向印度芥菜根系密集层迁移。
3.5重金属离子间的影响
不同重金属离子之间由于彼此竞争附着点，影响了植物对金属离子的富集能力，某种离子浓度过高可能就会影响植物对其他离子的选
择性吸收。一般而言，重金属污染土壤多是几种重金属混合在一起的复合污染，而植物富集重金属时往往只对其中一种重金属具有提取作用，只种植一种植物每次仅能治理一种重金属，同时其他金属的含量也会影响植物对这种重金属的富集能力。例如，镉，锌具有相同的核外电子构型，化学性质相似，可以相互取代，发生竞争[13]。大量的研究证明，向土壤中施锌可抑制植物对镉的吸收。沉水植物和浮水植物尽管能够吸收很多重金属，特别是对Cd的吸收，但这种吸收不断增加会导致营养元素的丧失，如果程度严重,会导致植物死亡。所以，沉水植物和浮水植物适合在低污染区域作为吸收重金属的载体，同时可以监测水体重金属含量。关于这方面的研究比较少，很难给出确切的参考内容。
3.6光照对重金属富集的影响
光照不仅影响植物的光合作用，它对植物自身代谢，酶的活性、金属离子的运动等都有不同程度的影响。一般情况下，光照强度3000 lx时，富集量会高于在无光照或其他光照强度下的情况。李英敏等在2002年的一篇文章中将一定量的Pb2+加至密度，pH值都一定的藻液中，在室温下对比黑暗培养的去除率分别为6.56%和50.12%。可见，一定条件下强度大的光照能提高小球藻对Pb2+的生物富集量。李志勇等[14]于1999年的研究报告中同时也提到一定强度的光照能提高螺旋藻对Cr3+的生物富集效果,可初步证明螺旋藻对Cr3+的生物富集过程中确实存在着与生物体的某些代谢过程有关的主动吸收途径。该过程需要消耗一定的能量，而且可以涉及到某些酶的参与。
4 重金属污染的处理方法
重金属污染土地的治理大致有客土法，石灰改良法，化学淋洗法等[15]。这些方法在污染土壤的改良和治理方面虽然具有一定的理论意义，但在实际应用上往往都存在着很大的局限。如加入土壤改良剂的沉淀法虽然在一定时期内可以降低土壤溶液中重金属离子的溶解度，但同时却会导致某些土壤营养元素的沉淀，造成土壤肥力的下降而难以耕作；淋洗法在淋洗重金属元素的同时会造成营养元素的淋失；客土法虽效果较好，但费用昂贵，只适用于小面积的土地，无法在大面
积工程中使用。而超富集植物的发现和利用，为土壤修复开辟了新的途径。由于它具有投资和维护成本低，操作简便，不造成二次污染，具有双重经济效益等特点，因而越来越受到各国政府，科技界和企业界的高度重视，并广泛应用于土壤，水体，污泥的修复处理。
土壤重金属污染的植物修复指通过种植对土壤重金属元素有特殊富集能力的植物，收获植物地上部将土壤中超量重金属去除以达到清洁污染土壤的目的。这种方法可节省大量治理费用，且可实现废物资源化，因此备受关注。
植物修复通常包括植物萃取作用，即植物对重金属的吸收；植物挥发作用，即通过植物使土壤中的某些重金属(如Hg2+)转化为气态(如HgO)而从土壤中挥发出去;根际滤除作用，即利用植物根孔通过水流移出土壤重金属；以及植物钝化作用，即利用植物将土壤重金属转变成无毒或毒性较低的形态。其中最有前景的是植物萃取作用，即狭义的植物修复。
与常规的土壤重金属清除方法相比，植物修复有如下优势：一是土壤的物理结构不被破坏，生物功能保存完好；二是不产生废物残留的产品和能植物修复项目与同期常规治理的费用比较，植物修复总费用为250,000美元，而常规的治理需要660,000美元，比植物修复高1.6倍；四是可以长期，大面积的田间应用；五是可回收重金属元素，并加以循环利用。
从实用性角度来看，生长周期短，生物量积累迅速的草本植物具有相当大的筛选价值，国内外目前发现的重金属富集，超富集植物主要集中在草本植物中。因此，草本植物在重金属污染土壤的植物修复中具有非常重要的意义。
5我国超富集植物的研究进展
目前，全世界已发现的重金属超富集植物有500多种，其中360多种是Ni的超富集植物。
韦朝阳，陈同斌等[16]通过野外调查和栽培实验，发现了砷超富集植物蜈蚣草。其叶片含As可达5070 mg/kg，在含砷9 m g/kg的正常土壤中，蜈蚣草地下部和地上部对砷的生物富集系数分别高达71和
80。韦朝阳等[17]发现了另一种As的超富集植物大叶井口边草，其地上部分平均含As量为418 mg/kg，最大含As量可达694 mg/kg，生物富集系数为1.3～4.8。
杨肖娥、龙新宪等[18]发现了一种新的Zn的超富集植物东南景天，天然条件下东南景天的地上部分Zn平均含量为4515 mg/kg。营养液培养试验表明，其地上部分含量最高值可达19674 mg/kg。
李华和姜理英[19]等研究了耐性植物海洲香薷对Cu的吸收和积累,指出虽然地上部分Cu积累水平未达到超富集植物的要求，但由于其生物量大，根系能超富集Cu，植株Cu总积累较高，可考虑将其用于Cu污染土壤的植物修复。李红艳等[20]报道菊科植物艾蒿和滨蒿对Cu 也表现出高的富集能力，其中艾蒿地上部分的Cu含量为91-698 mg/kg，滨蒿为42～259 mg/kg。范稚莲，莫良玉[21]在对典型矿区进行调查后发现，生长在锰矿区的狗牙根，香附子和菜蕨中Mn的含量分别达到27514，16144和11516 mg/kg,相应的富集系数为11.4，6.7和4.8。这3种植物均达到Mn超富集植物的相关标准，是潜在的Mn 超富集植物。
柯文山等在温室砂培盆栽条件下对十字花科芸薹属5种植物芥菜，芥兰，鲁白，竹芥，甘蓝进行铅吸收和耐性的研究，认为鲁白，芥菜不仅生长快，生物量高,且其地上铅的含量超过1000 mg/kg，迁移总量和迁移率都很高，是很好的潜在修复铅污染的材料。近期对Pb富集植物品种的筛选的研究还有，聂俊华等对生长于铅锌尾矿区的36种植物进行了筛选，以叶片叶绿素含量，株高，植株含Pb量为Pb富集植物的筛选指标进行实验筛选。筛选出6个富集Pb的植物品种，分别是香根草、绿叶苋菜，裂叶荆芥，羽叶鬼针草，紫穗槐和苍耳。吴双桃等人首次报道了土荆芥是一种铅超富集植物，其茎叶Pb 质量分数高达3888 mg/kg。杨远祥在四川汉源县普陀山铅锌矿区筛选到了铅和锌的超富集之物小鳞苔草，其地上部分锌最大积累量91.85 mg/kg，铅最大积累量1013.23 mg/kg；铅，锌转运系数分别为1.961和0.996。铅，锌胁迫处理发现，小鳞苔草根部和地上部分对铅含量最高分别可达1395.96 mg/kg和1834.17 mg/kg，对锌含量最高分别可
达483.93 mg/kg和416.23 mg/kg；植株对铅富集系数最高可达3.1，对锌则富集系数最高可达4.76。
6有关超富集植物研究前景展望
6.1 利用转基因技术提高修复效率
近年来，国内外的一些相关报道还提出了利用转基因的方法[22]，将自然界中超累积植物的耐重金属，超累积基因移植到生物量大，生长速率快的植物中去，构建能够同时超量积累多种重金属污染的植物种群，以克服天然超积累植物的缺点改善超积累植物的生物学性状，提高植物对重金属的富集能力或超积累植物的生长速度和生物量，从而提高植物修复的效率。
6.2 利用根际微生物提高修复效率
不同的植物，其根系分泌物不同，根际微生物的种群和数量也不同，构建高效降解特定污染物的微生物，诱导根际微生物去修复或降解特定的重金属污染物，将会使植物修复技术得到更广泛的应用。如果能充分发挥根系分泌物在植物—微生物协同修复土壤污染物中的作用，摸清根分泌物对根际微生物的进化选择，以及植物根际微生物的群落特征，将为土壤污染的植物修复技术开辟一条新的途径[23]。
6.3寻找超富集植物新品种
研究表明，应用于植物修复的超富集植物往往有植株矮小，生长速度慢，生物量少等缺点，因而难以满足商业要求。因此,寻找开发生物量大，富集能力强的超富集植物是植物修复技术发展的首要任务[24]。我国有广袤的国土面积和丰富的物种资源，是寻找超富集植物较理想的地区。另外,针对植物修复方法存在的对植物种类的特殊要求的问题，可以充分利用我国植物品种繁多的有利条件，发挥植物资源丰富的优势，寻找和培育新的超富集植物。
另外,将重金属超积累植物与新型土壤改良剂相结合，也会极大地推进植物修复技术的应用进程，具有广阔的研究前景[25]。
综上所述，选择超富集植物是植物修复技术的关键，所以超富集植物的研究将成为国际学术热点和重大科技发展方向。
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表1.2超富集植物Table1.2HyPeraccumulators 重金属常用植物重金属积累量(mg·kg-1) 砷（As）大叶井口边草(Pteris nervosa) 418 娱蛤草(Pteris vittata L.) 3280-4980 镉（Cd）天蓝遏蓝菜(Thlaspi caerulescens) 1800 灯芯草(Juncus effusus) 8670 宝山堇菜(Viola baoshanensis) 1168 铜（Cu）海州香蕾(Elsholtzia hai-chowensis) 1470 铅（Pb）圆叶遏蓝菜(T.rotundifolium) 8200 1000 石竹科米努草属（Caryophyllaceae Minuartia) 芸苔科1000 锰（Mn）商陆(Phytolacca L.) 19299 高山甘薯(Ipomoea batatas Lam) 12300 粗脉叶澳坚(Macadamia neurophylla) 51800 镍（Ni）遏蓝菜属(Thlaspi L.) 12400 十字花科（Brassieaceae) 7880 锌（Zn）天蓝遏蓝菜(T.caerulescens) 51600 东南景天(Sedum alfredii Hance) 4514 表，.1中国发现的超富集植物 Tble1.1HyPeraceumulators diseovered in China 重金属元素植物种文献来源铅(Pb 酸模(Rumex acetosa) 刘秀梅等.2002 羽叶鬼针草(Bidens aximawiczlama 刘秀梅等.2002
Oett) 土荆芥(Chenopodium ambrosioides) 吴双桃等.2004 鲁白柯文山等.2004 芥菜柯文山等.2004 绿叶觅菜(Amaranthus tricolor) 聂俊华等.2004 紫穗槐(Sophora japonica) 聂俊华等.2004 镉(Cd) 龙葵(Solamum nigrum) 魏树和等.2004 宝山堇菜(Viola baoshanensis) 刘威等.2003 小白菜:日本冬妃王松良等.2004 结球甘蓝B.oleracea:夏秋3号王松良等.2004 锰(Mn）鼠鞠草(Gnaphalium offine) 张慧智等.2004 商陆(Phytolacca acinosa Rox) 薛生国等.2003 砷(As) 蜈蚣草(Pteris viftata L) 陈同斌等.2002 大叶井口边草(Pteris cretica) 韦朝阳等.2002 井栏边草(Pteris multifida) 王宏镇等.2006 斜羽凤尾蕨(Pteris oshilnensis) 王宏缤等.2006 金钗凤尾蕨(Pteris fauriei) 王宏槟等.2007 锌(Zn）东南景天(Sedum alfredii H) 杨肖娥等.2002 铜(Cu) 鸭拓草(silene fortunei) 束文圣等.2001 表1.3常见高生物量耐性植物 Tbte1.3High biomass tolerance Plant 植物名分类经济价值和用途
第31卷第4期2010年8月华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 Journa l o f N orth Ch i na Institute ofW ate r Conse rvancy and H ydro electr i c Pow er V o l 131N o 14A ug 12010 收稿日期:2010-05-05 基金项目:水利部公益性科研资助项目(200801015). 作者简介:周振民(1953)),男,河南封丘人,省级特聘教授,博士,主要从事农业水土环境方面的研究. 文章编号:1002-5634(2010)04-0001-05 土壤重金属污染作物体内分布特征和富集能力研究 周振民 (华北水利水电学院,河南郑州450011) 摘 要:随着污水灌溉面积的持续扩大,研究污水灌溉带来的土壤重金属污染问题,特别是重金属污染物对土壤-作物系统的影响显得尤为重要.通过玉米作物污水灌溉实验、采样分析和生态调查,研究了由于污水灌溉造成的土壤重金属污染(Pb ,Cd ,C r ,Cu)在玉米体内分布特征和富集能力.研究结果证明,重金属Pb ,Cr 和Cu 主要富集在玉米根部,少量向玉米作物地上部分迁移.玉米籽粒中4种重金属(P b ,Cd ,C r ,Cu)的含量均在粮食及其制品中重金属元素限量之内,说明玉米籽粒基本没有受到污染,粮食生产处于安全状态.关键词:土壤重金属污染;作物影响;分布特征;富集能力中图分类号:X 53 文献标识码:A 重金属是农业生态系统中一类具有潜在危害的化学污染物.重金属Pb ,Cd ,C r ,Cu 是污水的主要组 分之一,它们对作物、土壤和地下水都有潜在的威胁.土壤重金属污染在世界范围内广泛存在且日趋严重,全世界平均每年排放汞约1.5万t 、铜约340万t 、 铅约500万t 、锰约1500万t 、镍约100万t [1] .中国受汞、铬、镉、铅、镍等重金属污染的耕地面积超过2@1011 m 2 ,约占总耕地面积的1/5[2] ,每年受重金属 污染的粮食约1200万t [3] ,重金属污染土壤对农作物生长的影响研究已迫在眉睫. 国内外研究成果大多是在土壤重金属污染条件下,农作物受到的定性影响[4] ,而在土壤重金属污染下,作物的生理机理影响以及定量指标研究成果较少 [5] ,尤其是对作物的生长生理过程和作物产 量指标以及遗传性毒理指标等方面的研究很少[6] . 1 试验场地基本情况 [3] 污灌试验区选定在位于开封市东15km 的兴隆乡太平岗村二组.试验区紧邻惠济河,惠济河是淮河的一条重要支流,是开封市污染严重的一条河流.该区多年平均地下水埋深3.40m.该地区地势平坦,地面比降为1/2500~1/3000.土壤为黄河冲积平 原土质,质地为壤土或沙壤土,有机质少,p H 值为8.45~8.60,孔隙度为43.40%~50.26%,密度为 1.32~1.50g /c m 3 .主要作物有水稻、玉米、棉花、花生、大豆等,自然条件在河南省平原地区有一定的代表性. 2 采样与分析方法 2.1 污水灌溉水源采样与水质分析 每次灌溉前,沿引水处的河流横断面(即左岸,中,右岸)取水样,利用火焰原子吸收分光光度计分别测水样中Pb ,Cd ,Cr 和Cu 的含量.2.2 土壤含水率与土壤理化性质分析 用对角线布点法采集土壤样品,采样点有5个,取土深度为0~20c m,20~40c m 和40~60c m.每月1日、11日和21日以及玉米收获时间为取样时间.土壤含水率采用/田间法0进行测定[7] ;土壤容 重采用/环刀法0[7];p H 值采用玻璃电极法[8] ;土壤中总氮、全磷以及速效钾分别采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法、钼锑抗分光光度法和醋酸铵提取法进行测定;有机质采用油浴外加热-重铬酸钾容量法. 将土样放置实验室风干后碾磨,过200目筛,称
水生植物富集重金属的研究 摘要：水体重金属污染已经成为一个日益严重的环境问题，了解水体重金属污染原理、处理水体重金属，已经成为一个必须解决的课题。本文分析了重金属对水生植物的影响以及水生植物对重金属离子的富集和去除。综述了重金属的来源，在国内外的污染现状，以及具体的治理方法，分析了各种方法的优缺点。在所有的方法中，利用水生植物修复是最有潜力的。并重点讨论了常见重金属离子对水生植物的影响，包括重金属对水生植物伤害的作用机理、毒害途径及其影响水生植物吸收重金属的因素，统计了水生植物对重金属离子的耐受上限。 关键字：重金属水生植物富集植物修复 Accumulation of heavy metals of aquatic plants Abstract: The paper reviews the source of heavy metals，its pollution statusand control methods at home and abroad，and points out that the phytoremediation by water plants is the most potential method after analyzing advantages and disadvantages of all differ entcontrol methods. Analyses the influence of heavy metals in aquatic plants for heavy metalions and aquatic plants the enrichment and purify. The paper discusses the harmful mechanism and toxic paths to water plants，and the factors affecting absorption of heavy metals by water plants，and summarizes the maximum to lerant values of different water plants to hea y metalions. Keywords：heavy metals aquatic plants purify and enrichment phytoremediation; 重金属污染现已成为危害最大的水污染问题之一。由于重金属元素具有难降解、易积累、毒性大等特点，另外还能被生物富集吸收进入食物链危害人、畜、鸟等各种生命[1]，因此在水环境中重金属污染尤其受到人们关注。人类如果长期食用重金属含量超过一定值的水产品，会引发各种疾病，如臭名昭著的“公害病”-水俣病和骨痛病等就分别由汞和镉引起。因此，寻找高效的重金属富集植物仍然是重金属污染植物修复的关键。 1.重金属离子对水生植物的影响 1. 1 重金属对水生植物的伤害机理 重金属伤害水生植物主要的机理为自由基伤害理论。通常情况下，许多酶促反应和某些低分子化合物的自动氧化都会产生活性氧。水生植物在长期的进化过程中在体内形成了由SOD、CAT和POD酶组成的有效的清除活性氧的酶系统。它们在一定范围内及时清除机体内过多的活性氧，以维持自由基代谢的动态平衡，能维持水生植物体内活性氧自由基的较低水平，从而避免了活性氧对水生植物细胞的伤害。由于重金属能导致水生植物体内活性氧产生速率和膜脂过氧化产物明显上升，从而使水生植物体内活性氧自由基的产生速度超出了水生植物清除活性氧的能力，因而引起细胞损伤。这是重金属对水生植物产生毒害的一个重要机制[2]。而重金属对水生植物的影响作用主要表现在改变细胞的细微结构，抑制光合作用、呼吸作用和酶的活性，使核酸组成发生改变，细胞体积缩小和生长受到抑制等[3]。孔繁翔等人在研究中发现，不同浓度的锌等重金属对羊角月牙藻的生长进度、蛋白质含量、ATP水平等有明显的影响，其实验结果表明，金属离子在其所试验的范围内对其生长速率均有抑制作用[4]。1. 2 重金属对水生植物产生毒害的生物学途径 重金属对水生植物产生危害的途径可能有两种: 一是大量的重金属离子进入水生植物
与普通植物相比，学术界认为，超富集植物一般应具备4个基本特征：首先，临界含量特征，即植物地上部如茎或叶重金属含量应达到一定的临界含量标准，如锌、锰为10 000毫克/千克；铅、铜、镍、钴、砷均为1 000毫克/千克；镉为100毫克/千克；金为1毫克/千克。其次，转移特征，即植物地上部重金属含量大于根部重金属含量。第三，耐性特征，即植物对重金属具有较强的耐性。其中对于人为控制试验条件下的植物来说，是指试验中与对照相比，植物茎、叶、籽、实等地上部分的干重没有下降。对于在自然污染状态下生长的植物来说，是指植物的生长从长相来看没有表现出明显的毒害症状。第四，富集系数特征，即植物地上部富集系数（定义：指某种元素或化合物在生物体内的浓度与其在的环境中的浓度的比值）大于1。一般来讲，植物体内重金属含量随土壤中含量的增加而提高。 世界上已发现超富集或具有超富集性质的植物多达几百种，涉及十字花科、凤尾蕨科、菊科、景天科、商陆科、堇菜科、禾本科、豆科、大戟科等。在我国，科研人员已经发现了蜈蚣草、东南景天、龙葵、宝山堇菜、商陆、圆锥南芥、李氏禾等砷、锌、镉、锰、铅、铬等超富集植物， 转移系数（translocation factor）是地上部元素的含量与地下部同种元素含量的比值，即：转运系数﹦地上部植物中元素含量／地下部植物中元素含量。用来评价植物将重金属从地下向地上的运输和富集能力。转移系数越大，则重金属从根系向地上器官转运能力越强 。 滇白前 调查，表明其地上部中含Zn、Pb 和Cd 平均为（11 043±3 537）、（1 546±1 044）和（391±196）mg·kg -1 ，富集系数（地上部和土壤金属质量分数之比）分别为0.35、0.08 和1.05，转运系数（地上部和根中金属质量分数之比）均超过1，均值分别为8.21、3.90 和8.36。野外调查数据表明，滇白前是一种Pb/Zn/Cd 共超富集植物。滇白前对Zn、Pb 富集系数小于1，主要是由于其对应土壤中Zn、Pb 质量分数太高（平均分别为（45 778±32 819）、（22 512±13 613）mg·kg -1 ）所致。 李氏禾 李氏禾(Leersia Hexandra Swartz)是中国境内发现的第一种铬超富集植物.通过水培实验,评价了李氏禾对水中Cr、Cu、Ni的去除潜力.结果表明,李氏禾能够有效去除水体中的Cr、Cu、Ni污染物,重金属初始浓度分别为10和20 mg·L-1的营养液,10 d后Cr浓度降低到原子吸收分光光度法检出限以下,10 d后Cu浓度降低到1.02 mg·L-1和1.25 mg·L-1,20 d后Ni浓度降低到1.10和2.14mg·L-1.收获的植物根、茎、叶中重金属含量均较高,根中重金属含量显著高于茎、叶.单株生物量的比较结果表明,含Cr培养液中生长的李氏禾生物量与对照相比无显著减少(P>0.05),含Cu、Ni营养液中生长的李氏禾生物量均显著低于对照(P<0.05),表明李氏禾对Cr的耐性强于Cu和Ni.李氏禾适宜于湿生环境中生长,能对多种重金属产生大量富集,对Cr、Cu、Ni等重金属污染水体的修复表现出较强的潜力. 宝山堇菜
农业环境科学学报2005,24(增刊):330-335 J ournal of A gro-Env iron m ent Science 重金属超富集植物筛选研究进展 常青山,马祥庆 (福建农林大学林学院,福建 福州 350002) 摘要:综述超富集植物富集重金属的机制、重金属超富集植物筛选研究现状以及螯合诱导技术和基因技术在重金属超富集植物筛选中的应用,针对重金属污染植物修复技术和重金属超富集植物筛选研究中存在的问题,提出了今后应加强的研究工作。 关键词:重金属污染;植物修复技术;超富集植物;螯合诱导技术;基因技术 中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:1672-2043(2005)增刊-0330-06 Advances i n t he R esearch of Selecting Hyperaccum ulator C HANG Q i ng-shan,MA X i ang-q i ng (Co llege of Forestry,F uji an A g ricu lt ure and F orestry U niversity,Fuzhou350002,Ch i na) Abstrac t:H eavy m eta l po lluti on has become a ser i ous prob le m wh ich is urgent to be so l ved in the w orld.Phytore m ediati on m ay offer a feasi b l e so l uti on to t h is prob l e m as it is safe and cheap co m pa red to traditi onal rem ed i ation techno logy.H ow ever, there are diffi culties i n extensi on of t h is techn i que for its disadvantage such as a lo w bio m ass producti on and so on.So it i s ur-gent t o look for t he suitable hyperaccumu l ato rs w it h h i gh b i omass i n t he field.I mprove m ent o f plants by genetic eng i neer i ng and app licati on o f che l a t o rs to so il a re also feas i ble and effecti ve approach to i ncrease e fficiency o f phy t o rem ed i ation.T he concept o f phy t o rem ed i ation and hype raccu mu l a t o r,the research advances in mechan i s m s of hyperaccu m l a tor,se l ec ti on o f hyperaccu m ula-tors,g ene techn i que and che l a te-enhanced phytore m diati on f o r hype raccumu l a t o rs selecti on are rev i ew ed.T he prob l ems and the fut ure study directi ons in the phyto remed i ation research field are put f o r w ard.In order to enhance bio m ass and accu m ulati on capacity o f hype raccu mu l a tor,it becom esm ore i m portant to i m prove the e ffect o f phy tore m ed iati on si nce so m e hyperaccu m ula-tors grow i ng slo w l y.G ene techno l ogy m ay br i ng the breakthrough for phyto re m ediation technique,som e adv ises on g ene tech-nology i n the future a re suggested i n th i s pape r. K eywords:heavy m etals po ll u ti on;phytore m ediati on;hyperaccu m ulator;che l ate-induced phyto remed i ation;g ene techno l ogy 0重金属污染由于其难降解性、易于积累且滞留时间长等特点而成为环境污染治理中的一个棘手难题,而且重金属污染可通过食物链危害人类健康,日本的水俣病(H g中毒)和骨痛病(Cd中毒)即是典型例证。目前基于机械物理或物理化学原理的传统重金属污染治理方法如土壤冲洗、热处理及电动修复等因成本高、效率低,而且会破坏土壤结构、导致 二次污染 等原因,难以大面积应用。 收稿日期:2005-02-04 基金项目:福建省科技厅重大科学基金资助项目(2003I004) 作者简介:常青山(1979 ),男,河南林州人,硕士,主要从事重金属污染修复方面的研究。 联系人:马庆祥,E-m a il:m xq@pub li c.fz. f.j cn 在这种背景下,对环境扰动少、成本低且能大面积推广应用的重金属污染植物修复技术应运而生。目前国内外众多学者对重金属污染植物修复技术进行了大量研究,特别是对重金属的超富集植物筛选及其富集机理进行了较深入研究。本文分别从植物修复技术的概念、重金属超富集植物的特征及其富集机制、螯合诱导技术和基因技术在重金属超富集植物筛选中的应用等方面综述了国内外的研究进展,并在此基础上归纳了当前研究中存在的问题,展望了今后发展趋势。 1重金属污染植物修复技术的概念 广义的植物修复技术包括利用植物修复土壤、空
土壤重金属污染的植物修复研究现状与发展前景①2007-05-27 17:08 土壤重金属污染的植物修复研究现状与发展前景①作者】桑爱云。张黎明。曹启民。夏炜林。王华。【英文作者】 SANG Aiyun1） ZHANG Liming1） CAO Qimin1） XIA Weilin1） WANG Hua2）<1 Tropical Crops Genetic Resources Institute。CATAS。Danzhou。Hainan。 2 College of Agronomy。SCUTA。Hainan 571737）。【作者单位】中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所。华南热带农业大学农学院。海南儋州。【刊名】热带农业科学 , Chinese Journal of Tropical Agriculture, 编辑部邮箱2006年01期 桑爱云1>② 张黎明1> 曹启民1> 夏炜林1> 王华2> (1 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南儋州571737。 2 华南热带农业大学农学院海南儋州571737> 摘要重金属污染是土壤污染中危害极大的一类, 重金属污染的防治及其修复是目前国际上研究的热点之一。综述了土壤重金属污染及其植物修复的方法, 概述了超富集植物的概念、植物修复的机制和方式, 系统阐述植物修复的应用前景和今后的研究方向。关键词重金属污染。植物修复。超富集植物分类号X5 3 Resear ch Advances and Development Prospect of Phytor emediation in Heavy Metal Contamination Soil SANG Aiyun1> ZHANG Liming1> CAO Qimin1> XIA Weilin1> WANG Hua2> (1 Tropical Crops Genetic Resources Institute, CATAS, Danzhou, Hainan 571737。 2 College of Agronomy, SCUTA, Danzhou, Hainan 571737> Abstr act Heavy metal contamination is extremely harmful in soil contamination. It is one of the research priorities in the world to control and remedy heavy metal contamination. Heavy metal contamination in soil and its phytoremediation are reviewed in this paper. At the same time, the definition of hyper-accumulated plants and the mechanism and measures of phytoremediation are described in detail. The perspectives in research and application of phytoremediation were expounded systematically. Keywords heavy metal contamination 。phytoremediation 。hyper-accumulator 热带农业科学CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE 2006 年 2 月第26 卷第 1 期Feb. 2006 Vol.26, No.1 ① 科技基础性工作和社会公益研究专项( 2004DI B3J073> 资助。
土壤重金属污染植物修复现状及发展前景 刘长城 （重庆交通大学河海学院重庆市400060） 摘要：土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象。生物修复技术是近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术, 生物修复是指利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化,从而使被污染土壤环境能够部分或完全地恢复到初始状态的过程。生物修复的发展情况包括生物修复技术的概念、基本原理和特点、种类、主要影响因子等方面并从这几个方面进行综述,指出目前土壤生物修复存在的一些问题,探讨今后污染土壤生物修复技术的发展和应用前景,并就污染土壤的生物修复提出几点建议。 关键词：重金属污染；植物修复；前景展望 1.引言 随着工业的发展和农业生产的现代化, 土壤污染日益严重, 而重金属污染是其中危害极大的一类。重金属在土壤中积累到一定限度时, 就会对土壤- 植物系统产生毒害, 它不仅导致土壤退化、农作物产量和品质降低, 而且通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水, 恶化水文环境, 并可能通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。因此, 土壤系统中的重金属污染和防治一直是国际上研究的难点和热点。目前, 土壤重金属污染的治理技术主要有物理法、化学法和生物法。但是采用物理方法或化学方法来治理土壤重金属污染, 不仅成本昂贵, 而且还会破坏土壤结构以及土壤微生物,也可能造成“二次污染”。而采用植物对重金属的忍耐和超量积累能力并结合共生的微生物体系来实现对重金属污染环境的修复即植物修复技术是一种新兴的绿色生物技术, 能在不破坏土壤生态环境,保持土壤结构和微生物活性的情况下, 通过植物的根系直接将大量的重金属元素吸收, 收获植物地上部分来修复被污染的土壤[1]。因此, 自20 世纪90年代以来, 植物修复成为环境污染治理研究领域的一个前沿性课题。 2.重金属污染的概念 土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量有害元在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。污染土壤的重金属主要包括汞（Hg）、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。 3.污染物的来源 3.1随污水进入土壤 随着经济的发展和人口的增长，产生了大量的工业污水、生活污水。2005年全国废水排放总量为524.5亿吨，其中工业废水排放量为243.1亿吨[1]。这些污水未经处理进出灌溉去，成为灌溉用水，根据我国第二次污灌区环境质量状况普查统计结果（基准年为1995年），我国利用污水灌溉的农田面积为361.84×104 h m2，占我国总灌溉面积的7.33%，占地表水溉面积约10%[2]。该资料表明，我国37个主要污灌区中有明显污染点22个，其中多半是积累性重金属超标，例如淮阳污灌区土壤Hg、Ca、Cr、Pb、As等重金属1995年已超过警戒线。 3.2 随大气沉降进入土壤 由于交通运输，冶金，能源能行业的发展，致使大量的含有重金属的烟尘进入大气，据Lisk报道，煤含Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金属，石油中含有相当量的Hg(O.02～30mg/kg)，这类燃料在燃烧时，部分悬浮颗粒和挥发金属随烟尘进入大气，其中1O%～30%沉降在距排放源十几公里的范围内，据
题目：植物的叶片是否能够吸水姓名：罗平 学号：2012312196 专业：农学
摘要：本作业讨论植物细胞对某种离子的吸收表现出无休无止的现象，其实这种现象叫做超富集植物吸收富集重金属现象。通过本作业将简单了解超富集植物吸收富集重金属真的生理和分子生物学机制，可扩宽我们的知识面和提高对生物生理机制研究的兴趣。 关键词：超富集植物富集重金属知识面植物生理 一：什么是超富集植物吸收富集重金属现象 与普通植物相比 ,超富集植物在地上部富集大量重金属离子的情况下可以正常生长 ,这种现象叫做超富集植物吸收富集重金属现象。其富集重金属的机理已经成为当前植物逆境生理研究的热点领域 .尤其是近两年 ,随着分子生物学等现代技术手段的引入 ,关于重金属离子富集机理的研究取得了一定进展 .通过与酵母突变株功能互补克隆到了多条编码微量元素转运蛋白的全长cDNA ;也从分子水平上研究了谷胱甘肽、植物螯合素、金属硫蛋白、有机酸或氨基酸等含巯基物质与重金属富集之间的可能关系。 二：富集植物吸收富集重金属对照 植物名超累积、富集对象 Alyssum bertolonii(庭荠属) Ni 海州香薷，Elsholtzia harchowensisSun Cu 大叶井口边草As 蜈蚣草As 球果蔊菜Cd-As 菰和菖蒲Cd 滨蒿和艾蒿Cu 鸭跖草Cu 商陆Mn 东南景天Zn 香附子、狗牙根和菜蕨Mn 土荆芥Pb 羽叶鬼针草和酸模Pb 绿叶苋菜、裂叶荆芥、香根草、羽叶鬼针草、紫穗槐和苍耳Pb
三，超富集植物吸收富集重金属现象研究展望 ——《超富集植物吸收富集重金属的生理和分子生物学机制》3李文学陈同斌(中国科学院地理科学与资源研究所环境修复室,北京100101) 关于超富集植物富集重金属离子的研究虽然取得了一定进展,但至今对其分子和生理机制仍不是很清楚,研究人员的看法也存在明显的分歧.在把超富集植物用于实践的过程中,首先要研究清楚对超富集植物富集的生理基础,譬如重金属离子如何进入根细胞,在木质部如何被运输,在叶片中如何分布;其次要注意不同生理过程的联系,就吸收而言,它其实是根系吸收与体内再分配的有机结合,所以在利用基因工程方法增加重金属离子吸收量时,不仅要考虑到增加根系的吸收位点,提高转运蛋白底物的专一性,同时要注意细胞器,尤其是液泡膜上与重金属离子区室化相关膜蛋白的表达,只有这样,才会达到比较好的效果;最后要强调的是学科交叉与渗透,Dhankher等[6]将细菌中的砷酸盐还原酶ArsC基因和γ2谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ2ECS)在拟南芥的叶子中表达,这样运输到地上部的砷酸盐在砷酸盐还原酶的作用下转化成亚砷酸盐,γ2ECS表达可增加一些连接重金属(如亚砷酸盐)并解除其毒性的化合物,将这些复合物限制在叶子中,从而使植物能够积累并忍耐不断增加的As含量。 四：参考文献 [1] 张玉秀,张媛雅,孙涛,柴团耀. 植物重金属转运蛋白P1B-ATPase结构和功能研究进展[J]. 生物工程学报. 2010(06) [2] 李文学,陈同斌. 超富集植物吸收富集重金属的生理和分子生物学机制[J]. 应用生态学报. 2003(04) [3] 魏树和,周启星,任丽萍. 球果蔊菜对重金属的超富集特征[J]. 自然科学进展. 2008(04) [4] 周琼. 我国超富集·富集植物筛选研究进展[J]. 安徽农业科学. 2005 (05) [5] 刘秀梅,聂俊华,王庆仁. 植物修复重金属污染土壤的研究进展[J]. 甘肃农业大学学报. 2001(01) [6] 胡绵好,袁菊红,杨肖娥. 锰超富集植物及其富集机制的研究进展[J].土壤通报. 2010(01) [7] 武泰存,房蓓,王景安. 锌转运蛋白基因研究进展[J]. 西北植物学报. 2005(10) [8] 韦朝阳,陈同斌. 重金属超富集植物及植物修复技术研究进展[J]. 生态学报. 2001(07) [9] 黄泽春,陈同斌,雷梅,胡天斗,黄启飞. 砷超富集植物中砷化学形态及其转化的EXAFS研究[J]. 中国科学C辑. 2003(06)
水生植物富集重金属综述 Revised by Jack on December 14,2020
水生植物富集重金属的研究 摘要：水体重金属污染已经成为一个日益严重的环境问题，了解水体重金属污染原理、处理水体重金属，已经成为一个必须解决的课题。本文分析了重金属对水生植物的影响以及水生植物对重金属离子的富集和去除。综述了重金属的来源，在国内外的污染现状，以及具体的治理方法，分析了各种方法的优缺点。在所有的方法中，利用水生植物修复是最有潜力的。并重点讨论了常见重金属离子对水生植物的影响，包括重金属对水生植物伤害的作用机理、毒害途径及其影响水生植物吸收重金属的因素，统计了水生植物对重金属离子的耐受上限。 关键字：重金属水生植物富集植物修复 Accumulation of heavy metals of aquatic plants Abstract: The paper reviews the source of heavy metals，its pollution statusand control methods at home and abroad，and points out that the phytoremediation by water plants is the most potential method after analyzing advantages and disadvantages of all differ entcontrol methods. Analyses the influence of heavy metals in aquatic plants for heavy metalions and aquatic plants the enrichment and purify. The paper discusses the harmful mechanism and toxic paths to water plants，and the factors affecting absorption of heavy metals by water plants， and summarizes the maximum to lerant values of different water plants to hea y metalions. Keywords：heavy metals aquatic plants purify and enrichment phytoremediation; 重金属污染现已成为危害最大的水污染问题之一。由于重金属元素具有难降解、易积累、毒性大等特点，另外还能被生物富集吸收进入食物链危害人、畜、鸟等各种生命[1]，因此在水环境中重金属污染尤其受到人们关注。人类如果长期食用重金属含量超过一定值的水产品，会引发各种疾病，如臭名昭着的“公害病”-水俣病和骨痛病等就分别由汞和镉引起。因此，寻找高效的重金属富集植物仍然是重金属污染植物修复的关键。1.重金属离子对水生植物的影响 1. 1 重金属对水生植物的伤害机理 重金属伤害水生植物主要的机理为自由基伤害理论。通常情况下，许多酶促反应和某些低分子化合物的自动氧化都会产生活性氧。水生植物在长期的进化过程中在体内形成了由SOD、CAT和POD酶组成的有效的清除活性氧的酶系统。它们在一定范围内及时清除机体内过多的活性氧，以维持自由基代谢的动态平衡，能维持水生植物体内活性氧自由基的较低水平，从而避免了活性氧对水生植物细胞的伤害。由于重金属能导致水生植物体内活性氧产生速率和膜脂过氧化产物明显上升，从而使水生植物体内活性氧自由基的产生速度超出了水生植物清除活性氧的能力，因而引起细胞损伤。这是重金属对水
Botanical Research 植物学研究, 2019, 8(4), 366-369 Published Online July 2019 in Hans. https://www.doczj.com/doc/6e6931286.html,/journal/br https://https://www.doczj.com/doc/6e6931286.html,/10.12677/br.2019.84044 Absorption and Accumulation of Heavy Metals of Pb, Cu by Different Waterlilies Kuan Yang Shanghai Chenshan Botanical Garden, Shanghai Received: Jul. 1st, 2019; accepted: Jul. 23rd, 2019; published: Jul. 30th, 2019 Abstract Objective: This study investigated the distribution of heavy metals including Cu and Pb in dif-ferent organs of different type waterlilies to research ecological restorations of heavy metals pollution in water bodies. Method: The contents of heavy metals in waterlilies planted in Shanghai Chenshan Botanical Garden were detected and analyzed. Result: Different organs of waterlilies absorbed Cu and Pb in different ways and these metals were distributed in different parts with different contents. Result: Waterlily is not the hyperaccumulator but have good ap-plication prospects in remediation of copper-lead contaminated soils because of the fast growth rate and high biomass. Keywords Waterlily, Heavy Metals, Accumulation 不同类型睡莲对重金属Cu、Pb的吸收及 富集特征 杨宽 上海辰山植物园，上海 收稿日期：2019年7月1日；录用日期：2019年7月23日；发布日期：2019年7月30日 摘要 目的：为探索受污染水体的生态修复方法，分析了Cu和Pb在不同类型睡莲的不同器官中的分布。方法：
2010年第10期（总第248期） 吉 林 农 业 JILIN AGRICULTURAL NO.10，2010 （CumulativetyNO.248） 0前言 随着现代工农业的迅速发展、城市的急剧扩大，自然环境中的重金属污染日益严重。重金属污染不仅导致土壤退化、农作物产量和品质降低，而且可能通过直接接触、食物链传递等途径危及人类的生命和健康。根据现存的技术包括用机械去除和化学修复方法去清除重金属污染的土壤较为困难，并且处理费用较为昂贵。近年来，对土壤扰动少、成本低且能大面积推广应用的重金属污染植物修复技术受到了越来越多的关注。 通常现在采用较多的是Baker在1983年提出的参考值为：植物叶片或地上部(干重)Cd含量达到100mg/kg,Co、Cu、Ni,、Pb 含量达到1000g/kg,Mn、Zn的含量要达到10000mg/kg。超富集植物对重金属的吸收机制也受到了广泛的关注，目前，在超富集植物的研究方面，着重对重金属的生态毒理和氮素代谢机制的研究，为了更好的利用超富集植物来修复受重金属污染的土壤，本文就超富集植物对重金属的生态毒理和氮素代谢机制影响作一个综述。1超富集植物对重金属的生态毒理机制 1.1细胞壁沉淀和细胞区室化作用 重金属离子进入植物体内时会有一部分沉淀在细胞壁上，从而阻止过多的重金属离子进入细胞原生质使其免受伤害。细胞内区室化作用与超富集植物耐受和超富集重金属密切相关。邓华在研究锰对短毛蓼亚细胞分布的结果表明：短毛蓼不同器官90%的以上的锰分布在细胞壁和可溶性部分。在组织和细胞水平，重金属在超富集植物内呈区室化分布。组织水平上，重金属大多积累在表皮细胞、亚表皮细胞和表皮毛中，一定程度上减轻叶片细胞结构及生理功能所受的伤害；至于细胞内，重金属贮存在液泡中，减少了重金属对细胞质及细胞器中各种生理代谢活动的伤害。 1.2植物体对重金属的螯合机制 目前在超富集植物体内发现的螯合重金属的物质有草酸、苹果酸、柠檬酸、组氨酸和谷胱甘肽(GSH)等小分子物质和重金属结合蛋白(MBP)大分子物质。GSH是含非蛋白硫基的小分子量多肽，它在抵御植物细胞受活性氧攻击过程中，参与调控细胞内的 氧化还原平衡和H 2O 2 的水平，所以它起着非常重要的作用。GSH 在植物螯合肽合成酶催化下，聚合成对重金属亲和力较强的植物螯合肽(PCs)，它是植物组织中富含-SH的多肽，通常PC在植物组织中的含量较低，但是在重金属的诱导下，PCs合成酶可以在半胱氨酸为底物的条件下合成植物络合素。并能与重金属离子螯合成无毒化合物，减轻重金属离子对植物的毒害。因此，植物诱导PCs的合成是其解毒机制之一。据吴灵琼等人报道，PCs能与重金属如Cd+在根部细胞内形成区室化以阻止重金属对根部的进一步损伤。刘可慧等人研究了小白菜通过植物体中非酶物质（SH、GSH、PCs）含量的增加来缓解重金属Cd引起的毒害。 1.3抗氧化酶系统激活保护作用 超富集植物在重金属胁迫下，可激活超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)组成的抗氧化酶系统，并有效的清除产生的过多的活性氧，从而减轻重金属对植物的毒害。闫研研究了李氏禾对重金属铬诱导的氧化胁迫实验中表明随着铬胁迫时间的延长，SOD、POD、CAT酶活呈现逐步升高的趋势。随着铬胁迫质量浓度的增加，MDA逐渐升高，膜透性增大，3种抗氧化酶先升后降。植物体内的抗氧化物酶(SOD、POD、CAT)在清除活性氧自由基方面起着重要的作用。SOD在抗氧化酶中处于核心地位，是重要的含Zn酶类，在供Zn不足的条件下，一般植物的正常生长会受到抑制，体内SOD或Cu/Zn-SOD活性会显着下降，而在过量供Zn的条件下，过量的Zn会破会细胞的结构，对植物产生毒素，使得SOD活性下降或短暂升高；它将02-歧化为H 2 O，同时催化Fenton反应产生更多的OH。一旦植物细胞中的保护酶系统的平衡遭到破坏，导致植物体内活性氧的产生和清除失衡，必将使植物的生理代谢紊乱加速植物体的衰老和死亡。 2重金属对超富集植物氮素代谢影响机制 重金属对植物的毒害作用归因于其对植物的光合作用、呼吸作用、矿物营养、植物的水分状态、氮素代谢以及诱导其受到氧化胁迫。氮素代谢对重金属的毒性的响应是很重要的，用Cd对植物进行处理后，植物会通过氮素代谢合成一组含N的代谢产物，氮素代谢影响了植物功能的所有水平，从代谢到资源分配，植物的生长和发育。 2.1重金属对植物无机N同化的影响 氮是许多植物体中所必须的矿物元素，占植物体干重的1.5-2%。在大多数的农业土壤中，硝酸盐是植物最重要的N的来源，氮素代谢受到各种植物中存在的重金属的影响。Ewa揭示了Ni不 仅抑制了小麦叶片木质部中NO 3 -的吸收和运输使NH 4 +的大量累积，而且也抑制了NR和NiR的活性从而对硝酸盐的同化产生了很大的影响。NR是氮同化的限速酶，对重金属的胁迫很敏感。在植物中，从硝酸盐同化为氨基酸涉及以下的反应：硝酸盐首先通过NR和 NiR还原为NH 4 +,这一步是N-NO 3 -转变为有机N的关键。铵的累积对细胞具有较大的毒性，需被快速的同化。于方明等人在研究Cd 对超富集植物圆锥南芥氮素代谢的过程中，发现随着Cd浓度的增加圆锥南芥植物体中的NH4+含量明显增加。 2.2重金属对植物有机N同化的影响 通常NH 4 +的同化过程有两条高效的调控途径：铵与α-酮戊 二酸在谷氨酸脱氢酶（GDH）的作用下合成谷氨酸；NH 4 +然后通过GS/GOGAT循环结合成谷氨酰胺和谷氨酸：在GS 的催化作用下， 重金属对超富集植物生态毒理和氮代谢影响机制研究进展 李 燕1，路艳艳2 （1. 广西师范大学环境与资源学院，广西 桂林 541003；2. 江苏省盐城市射阳县环境监测站，江苏 盐城 224300） 摘要：文章在简要总结重金属在超富集植物细胞壁沉淀、重金属螯合机制、抗氧化酶系统激活保护作用的基础上，概述了超富集植物对重金属的生态毒理机制，并且从重金属对植物体中有机N和无机N同化影响的两个方面对重金属对超富集植物氮素代谢影响的机制进行了简要综述。 关键词：超富集植物；生态毒理；氮素代谢；重金属 中图分类号：[S19] 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-10-0045-2 （下转第48页） JILIN AGRICULTURAL 45