重金属超富集植物研究现状与进展

州学院　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＣｈｉｚｈｏｕ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　２００８年１０月第２２卷第５期　０ｃｔ．２００８　Ｖｏ１．２２　Ｎｏ．５　镉污染土壤的超积累植物研究进展　王红新　（池州学院资源环境与旅游系，安徽池州２４７０００）　【摘要】文章总结了污染条件下镉超积累植物的生长和富集镉的相关机理，并就镉污染土壤的植物修复研究做了展望：寻找、筛选更多　镉超积累集植物；锅富集相关基因识别和克隆；镉超积累植物应用研究以及镉超积累植物后处置与资源化技术开发等。　【关键词】镉；超积累植物；植物修复；土壤　【中圉分类号１Ｘ５０３　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１６７４—１　１０２（２００８）０５—００８９—０４　目前，我国受重金属污染的农田土壤约２　５　Ｘ　１０７ｈｍ２，每年被重金属污染的粮食多达１．２　Ｘ　１０７ｔｔ”。　如此大面积的污染土壤采用传统的物理和化学方　法均因经济或技术等原因难以实施，目前基本处于　未修复状态。由于ｃｄ污染在土壤环境中表现为具　有隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点，使得这种　重金属污染土壤的治理和修复成为亟需解决的现　实问题。对于具有经济高效、绿色净化和易于后续　处理等优点的植物修复技术，其关键是选育出对污　染元素有较强吸收能力的超积累植物（ｈｙｐｅｒａｃｃｕ—　ｍｕｌａｔｏｒ）。重金属超积累植物是特指在地上部能超　量积累一种或几种重金属的一类植物。利用超积累　植物的超量富集作用以去除污染土壤中超标重金　属的植物提取修复技术具有操作简单，经济上和技　术上能够大面积实施等优点，是一项十分有前途的　修复技术。尽管国际上报道的超积累植物的总数已　有几百种之多，但大多是Ｎｉ超积累植物，而且这些　超积累植物大多数处于保密状态，并且通过专利等　各种方式加以保护。具有我国自主知识产权的超积　累植物近年来虽有报道但数量较少，如Ａｓ超积累　植物蜈蚣草【２］和大叶井口边草［３ｊ；Ｚｎ超积累植物东　南景天　；ｃｄ超积累植物油菜［５１、宝山堇菜昀、龙葵网；　Ｐｂ超积累植物土荆芥嗣；Ｍｎ超积累植物商陆１９１，仅　为有限的几种，这与我国是一个植物资源十分丰富　的大国地位是十分不相称的。所以超积累植物的筛　选既是植物修复技术的基础研究，同时又具有非常　重要的现实意义。　１超积累植物超量富集重金属的机理　目前，有关超富集植物的衡量标准有３个：一　是临界含量标准，即植物茎或叶中重金属达到其临　界含量，其中ｃｄ为１００　ｍ＃ｋｓ【埘；二是富集系数标　准，即富集系数大于１．０，但有时甚至达５０—１００　ｍｇ／ｋｇｐ　；三是转移系数标准，即重金属在植物地上　部积累量大于其根部积累量【ｌ２】，同时还需要对它们　有一定的耐受能力。但是，这些已知的超富集植物　都不同程度存在着不能同时超量积累多种重金属、　生物量较小、生长缓慢，且在基因工程培育理想的　超富集植物方面进展也十分缓慢等缺点，从而影响　植物修复技术的有效性和广泛应用【ｌ３】。　超积累植物能分泌某些金属结合蛋白和某些　特殊有机酸来螯合重金属。一些单子叶植物在缺　Ｆｅ条件下能释放植物高铁载体，促进土壤Ｆｅ、ｚｎ、　Ｃｕ、Ｍｎ的溶解【ｌ４】。超积累植物也可能分泌金属结合　蛋白　廷似于金属硫蛋白或植物螯合肽）作为植物的　离子载体，还可能分泌某些化合物，促进土壤中金　属溶解。万敏等通过对不同镉积累类型小麦根际土　壤低分子量有机酸与镉生物积累的研究，证实了植　物可以通过分泌有机酸来复合或螯合溶解土壤中　的Ｃｄｔ阍。　超积累植物可以还原土壤中的重金属。在根细　胞质膜上的专一性金属还原酶作用下，土壤中高价　金属离子被还原，溶解性增加。一些植物在缺铁或　缺铜条件下，根系还原Ｆｅ　＋或Ｃｕ：＋能力增加，吸　收Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ的能力也增加【峋。此外，Ｆｅ／Ｍｎ水　合氧化物的吸附作用影响土壤中重金属的可移动　性，当这些氧化物被还原时，则导致吸附的重金属　释放【切。　收稿日期：２００８—０２—２８　作者简介：王红新（１９７９一），女，河北景县人，池州学院资源环境与旅游系讲师，在读博士研究生，主要从事土壤污染环境的生态修复研究。

上海农业科技　２０１ｌ一５　土壤重金属污染物来源及植物修复技术研究进展　张峻（上海市闵行区蔬菜技术服务中心２０１１００）　付蓉蓉（上海交通大学农业与生物学院）　摘　要：随着全球经济的快速发展，含重金属的污染物通过各种途径进人土壤，造成土壤中重金属元素富　集，严重影响到整个人类生存环境的质量。植物修复技术作为一种新兴的绿色、生态、高效的修复技术，在土　壤重金属污染修复中具有良好的发展前景。为给土壤重金属污染治理提供科学依据，在讨论土壤重金属污染物　来源的基础上，论述了植物修复技术的研究进展，以供参考。　关键词：土壤重金属污染物；来源；植物修复技术　土壤是环境的重要组成部分，承担着环境中大约９０％的　污染物…，是农业生产的重要资源。土壤重金属污染是通过　人类活动使重金属进入到土壤中，致使土壤中重金属明显高　于土壤原始含量，并造成生态环境质量恶化的现象　Ｉ。重金　属在土壤中一般不易随水淋滤，不能被土壤微生物分解，相　反，重金属可在土壤环境中富集，甚至某些重金属会转化为　毒性更大的甲基化合物。由于土壤重金属污染的隐蔽性，使　人们不易觉察或注意，但一旦其毒害作用表现出来就难以消　除。随着全球经济的快速发展，含重金属的污染物通过各种　途径进入土壤，造成土壤中重金属元素的富集，这不但影响　农产品产量与品质，而且影响大气和水环境质量，并可通过　食物链危害动物和人类的健康和生命。为控制和治理已被重　金属污染的土壤，利用植物修复技术，将某种特定的植物种　植在重金属污染的土壤上，通过该种植物对土壤中特定重金　属元素的吸收富集，而后将植物收获并进行妥善处理（如灰　化回收），从而将重金属移出土壤，达到治理污染与恢复生态　的目的ｌ３Ｉ。本文在讨论土壤重金属污染物来源的基础上，论　述了植物修复技术的研究进展，以期为土壤重金属污染治理　提供科学依据。　１　土壤重金属污染物的来源　１．１工业污染　随着经济的发展，人们对工业的开发利用越来越重视，　但在一些经济欠发达地区，人们的环保意识较弱，加上我国　目前的科技发展水平低和经济实力差，导致大部分工业废弃　物未经处理，直接排放进自然环境中。如：工矿企业排放的　烟尘、废气中含有重金属，最终通过自然沉降和雨淋沉降进　入土壤；固体废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、　水洗等，重金属以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散，固体废　弃物也可以通过风的传播而使污染范围扩大。据统计，中国　因工业三废污染的农田近７００万ｈｍ：。有报道称　１，南京某合　金厂周围土壤中的Ｃｒ含量大大超过土壤背景值，Ｃｒ污染范　围以工厂烟囱为中心，达ｌ１５　ｋｍ　。　１．２农业污染　为追求高产、稳产，在农业生产中使用了大量的农药、化　收稿日期：２０ｌ０一¨一２９　肥等。含镉、汞的磷肥，含有汞、砷，铜、锌等重金属的农　药，以及利用未经处理的污染水灌溉农田，都会导致土壤的　重金属污染，且对农作物的产量及品质造成极大的不良影　响。同时加上地膜的大面积使用，也使Ｃｄ、Ｐｂ等进入土壤，　加重了土壤的重金属污染程度。此外，畜禽养殖也是导致土　壤重金属污染的重要方面，由于在使用的配方饲料中会添加　适当比例的重金属元素Ｉ５　Ｆ，过量的重金属元素通过动物排泄　进入土壤或水域，或通过有机肥的形式施入农田。　１．３交通运输　道路两侧土壤中的重金属污染物主要来自汽车尾气排　放、汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体、粉尘的　沉降，污染元素主要为Ｐｂ、Ｃｕ、Ｚｎ等ｌ６Ｉ。汽车尾气排放的　主要污染物有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、铅等，这　些物质随风飘落，进入土壤，形成污染。它们一般以道路为　中心呈条带状分布，污染强度因距离公路、铁路，城市以及　交通量的大小有明显的差异。　２植物修复技术　植物修复是指将某种特定的植物种植在受重金属污染的　土壤上，利用植物及其根系微生物对污染土壤、沉积物、地　下水和地表水中的重金属进行清除的一种有效的生物技术。　由于这种植物对土壤中特定重金属元素具有特殊吸收富集能　力，种植一段时间后，将其收获后并妥善处理（如灰化回收）　后即可将这种重金属移出土体，从而达到污染治理与生态修　复的目的！’，　。　２．１超积累植物及其吸附重金属机理　超积累植物是植物修复技术的基础，其发现带动了植物　修复技术研究的发展。１９７７年Ｂｒｏｏｋｓ等　ｉ首先提出超积累植　物概念，当时定义为地上部分Ｎｉ含量＞１　０００　ｇ／ｇ（干重）　的植物，后来，随着其他重金属超积累植物的陆续发现，一　些学者对此定义作了修改。通常，超富集植物的界定可考虑　以下因素：（１）超积累植物的生物富集系数（植物地上部分重　金属含量与土壤重金属含量的比值）＞ｌ；（２）植物地上部　分重金属含量与根中重金属含量的比值＞ｌ，这表明植物能　有效地把重金属从根转运到地上部分；（３）超积累植物对重　金属具有耐性能力，能解除重金属对植物造成的毒性ｌ１０】。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　一

植物对土壤中重金属元素的吸收和富集机制研究

植物在生长过程中需要从土壤中吸收各种营养元素，并且会因为肥料的使用而造成土壤的营养不平衡。除了常见的营养元素外，一些重金属元素也会被植物吸收进入其体内。虽然重金属元素对植物的生长发育和健康可能会有不良影响，但实际上植物还可以通过吸收和富集重金属元素来提高其适应环境的能力。本文将介绍植物对土壤中重金属元素的吸收和富集机制的研究现状。

1. 重金属元素的来源和影响

重金属元素是指密度大于4g/cm3的金属元素，如铜、镉、铅、汞等，通常出现在土壤、矿物和煤炭等中。它们的富集和污染往往是由于工业化和人类活动所引起。由于它们的毒性作用，人类和生态系统的健康也可能会受到影响。

2. 植物对重金属元素的吸收能力

植物通过根系吸收土壤中的水分和营养元素，同时也会吸收土壤中的重金属元素。但不同的植物吸收重金属元素的能力不同。一些植物如伞形科植物等，其根系有着很强的吸收能力，可以在重金属污染的环境中快速生长。而一些其他的植物如莴苣、油菜等则对重金属元素的吸收能力较弱。这些差异是由于其遗传表达和表观遗传机制所导致的。

3. 植物对重金属元素的富集机制

如果植物吸收到的重金属元素超过了其生理需求，则会开始对其进行富集和转运。这是通过植物整个生长过程中的多个阶段来实现的。在吸收入植物体内后，重金属元素首先会被分配到细胞壁中，并且在此处进行固定和吸附，从而减轻其对细胞内部的毒性作用。随后，重金属元素会进入到根系，然后转移到上部部分，例如干、叶、花等组织中。这一过程主要是与植物本身的代谢活动和生理功能相关的。最终，通过凋零和腐烂等过程，重金属元素会被回收到土壤中。

4. 植物对土壤中重金属元素的修复作用

随着工业和农业的发展，土壤污染越来越严重。由于植物具有吸收和富集重金属元素的能力，因此植物修复技术已经被广泛应用于土壤修复。例如，通过种植具有强吸收和积累能力的植物，来清除或减轻土壤中重金属元素的污染。这种方法可以节省更多的成本，同时也可以更好地保护自然环境和生态系统。

重金属的植物修复

摘要

本文综述了重金属植物修复的基本机理、 目前的进展和展望。 目前植物修复重金属主要 包括了植物提取、植物挥发、植物固化和根系过滤等几种技术，通过在植物体吸收转化、与 植物体内物质络合和转化为挥发性物质进入大气等机理减轻重金属的污染程度。 重金属种类 及其形态、温度、 pH

和根系微生物等因素都会影响植物修复的效率。植物修复与传统的修 复技术相比，具有很大的优越性，但同时也有其局限性。

关键词： 重金属污染，植物修复，超积累植物

引言

随着工业的发展， 土壤和水域的重金属污染已成为全球一个严峻的问题。 据统计， 我国 约有3万多hm2土地受汞的污染，有1万多hm2土地受镉的污染，每年仅生产“镉米”就达 5万

t以上，而每年因污染而损失的粮食约 1200万t⑴。重金属污染具有稳定性高、不可逆和后果

严重等特点至今没有找到理想的治理方法， 而传统的工程、 物理和化学等手段因耗资大、 易 产生二次污染等原因限制了其在修复重金属上的应用， 因此需要探索在不破坏生态环境的情 况下治理重金属污染的新途径 1 2。

植物修复 (Phytoremediation )是利用绿色植物来转移、容纳或转化土壤或水体中的污染 物使其对环境无害 3。植物修复的对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体。 植物修复是一种很有潜力、正在发展的清除环境污染的绿色技术 ,也是一门正在崛起并涉及

土壤学、植物学、分子生物学、基因工程学、环境工程等多门学科的新兴边缘学科。它具有 成本低、不破坏土壤和河流生态环境、不引起二次污染等优点。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 4。

植物固化指的是利用植物根际的一些特殊物质使土壤中污染物转化为相对无害物质的 一种方法，从而减少其对环境和人类健康的风险。在这过程中土壤重金属的含量并不减少， 只是暂时将其固定，其中包括分解、螯合、氧化还原等多种过程。 Salt D. E.等人在1995通过