超富集植物對(duì)鉛污染土壤的作用機(jī)理
鉛在土壤中的溶解度小，滯留時(shí)間長(zhǎng),，是一種不可降解的環(huán)境污染物,，在表土積累后，不僅影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量,，并且通過食物鏈影響人類健康,。鉛對(duì)機(jī)體損傷呈多系統(tǒng)性、多器官性,，鉛作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒物,，對(duì)兒童的身體和智能的危害更為嚴(yán)重。我國(guó)土壤鉛污染量大而廣,，是污染土壤治理不可忽視的問題,。
1. 超富集植物與植物修復(fù)技術(shù)
1.1 超富集植物
超富集植物是指那些能夠超量富集重金屬的植物，也稱超積累植物,。超富集植物是一些古老的物種,，是在長(zhǎng)期環(huán)境脅迫下誘導(dǎo)、馴化的一種適應(yīng)突變體,，生長(zhǎng)緩慢,，生物量小,。一般認(rèn)為超富集植物應(yīng)同時(shí)具備3個(gè)特征：（1）植物地上部（莖和葉）重金屬含量是普通植物在同一生長(zhǎng)條件下的100倍。（2）植物地上部重金屬含量大于根部該種重金屬含量,，通常用轉(zhuǎn)移系數(shù)來表征某種重金屬元素或化合物從植物根部到植物地上部的轉(zhuǎn)移能力,，對(duì)某種重金屬或化合物轉(zhuǎn)移系數(shù)越大的植物越有利于植物提取修復(fù)。（3）植物的生長(zhǎng)沒有出現(xiàn)明顯的受害癥狀且地上部富集系數(shù)大于1,。當(dāng)然,，理想的超富集植物還應(yīng)具有生長(zhǎng)速率快、地上部生物量大,、能同時(shí)富集兩種或兩種以上重多屬的特點(diǎn),。
1.2 植物修復(fù)技術(shù)
實(shí)現(xiàn)金屬生物回收的實(shí)際可能性，在重金屬污染土壤上,，連續(xù)種植對(duì)土壤中某種或多種污染元素有超強(qiáng)吸收和吸附能力的超富集植物,，將植物收獲并進(jìn)行妥善處理即可將該污染重金屬轉(zhuǎn)移出土體，達(dá)到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的,。這就是植物修復(fù)技術(shù),。植物修復(fù)技術(shù)可分為植物提取、植物揮發(fā),、根際過濾和植物固定4種類型,。一般將前3者統(tǒng)稱為去除過程，而將后者稱為穩(wěn)定過程?，F(xiàn)在研究緊多的是植物提取技術(shù),。植物提取技術(shù)分為連續(xù)植物提取和誘導(dǎo)植物提取兩種方法，前者依賴超富集植物在其整個(gè)生命周期能夠吸收,、轉(zhuǎn)運(yùn)和忍耐高含量重金屬,，后者是利用螯合劑來促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收和運(yùn)輸。由于Pb是目前最常見的對(duì)人體和植物危害最大的元素之一,，近年來對(duì)于Pb污染土壤的修復(fù)引起了全世界的關(guān)注,。植物修復(fù)技術(shù)方法由地其原位修復(fù)、成本低,、不造成二次污染等多種優(yōu)勢(shì)而成為國(guó)際范圍的研究熱點(diǎn),。
2. 鉛超富集植物的篩選
已發(fā)現(xiàn)的超富集植物存在著生物量小、生長(zhǎng)緩慢,、修復(fù)效率低,、耕時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，不利于大面積栽培和廣泛應(yīng)用,。目前利用基因工程培育理想的超富集植物進(jìn)展十分緩慢,。因此尋找生物量大、生長(zhǎng)迅速、適應(yīng)性廣,、修復(fù)效率高的超積累植物及其資源,，是保證植物修復(fù)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的前提條件。
目前常用的超富集植物的篩選方法有野外采樣分析法和盆栽模擬法,。野外采樣分析法方便快捷,，大多數(shù)超富集植物都是采用這種方法發(fā)現(xiàn)的；而室外盆栽模擬實(shí)驗(yàn)可以對(duì)植物整個(gè)生長(zhǎng)期進(jìn)行觀察和記載,，與長(zhǎng)期生長(zhǎng)在金屬礦區(qū)土壤環(huán)境的植物相比，被馴化的時(shí)間短,，有利于根據(jù)植物對(duì)污染物的響應(yīng)研究植物本身具有的特性,，從而找到其抵抗重金屬毒害的遺傳基因。鉛具有較高的負(fù)電性,，被認(rèn)為是弱Lewis酸,，易與土壤中的有機(jī)質(zhì)和鐵猛氧化物等形成共價(jià)鍵，不易被植物吸收,，所以目前已見報(bào)道的鉛超積累植物并不多,，而且主要都是在鉛鋅礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的。
3. 植物富集鉛能力的影響因素
美國(guó)能源部規(guī)定,，能用于植物修復(fù)的植物應(yīng)具有5個(gè)特性,，其中最關(guān)鍵的就是超富集和高生物量。由于已發(fā)現(xiàn)的Pb超富集植物種類少,，植物生長(zhǎng)慢,，生物量小，人們迫切需要尋找增強(qiáng)植物提取功效的方法,。目前研究較我的方法就是施用螯合劑,，即誘導(dǎo)植物提取技術(shù)。加入到土壤中的螯合物與Pb結(jié)合后阻止了 Pb的沉淀和吸附,，從而提高了Pb的可提取性,。有研究報(bào)道，許多植物中的Pb-EDTA可從土壤溶液中一直輸送到植物地上部分,。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的機(jī)制可能是,，螯合劑改變了植物的輸送系統(tǒng)功能，導(dǎo)致Pb的輸送變得更容易,。螯合劑的類型和濃度對(duì)植物吸收Pb的效果影響也不同,。誘導(dǎo)植物提取方法較適合于中、低污染土壤的修復(fù),。
植物對(duì)土壤中Pb的吸收還受土壤的pH值,、土壤微生物、所施用的肥料和復(fù)合污染效應(yīng)等多種因素的影響。一般情況下,，隨著pH降低,，土壤吸附鉛的數(shù)量也減少。原因可能是隨著pH下降,，氫離子增多,，土壤溶液中被膠體和粘土吸附的 Pb2+與H+發(fā)生交換，Pb2+被解吸下來,，從而增加了其在土壤溶液中的濃度,。調(diào)節(jié)pH值一般可用酸化劑等，施用不同的肥料也可改變土壤pH值,。
4. 超富集植物的耐性和積累機(jī)制
生長(zhǎng)在Pb污染土壤環(huán)境中的植物會(huì)受到不同程度的危害,，在植物長(zhǎng)期凈化過程中相應(yīng)地產(chǎn)生了許多抵御重金屬毒害的機(jī)理，如細(xì)胞區(qū)間隔離,、細(xì)胞壁沉淀,、細(xì)胞活性氧防御酶協(xié)同作用方面起了重要作用。近些年來,，許多動(dòng)物和植物中的植物螯合肽合成酶基因已被識(shí)別,，引入這些基因的轉(zhuǎn)基因植物能被誘導(dǎo)合成含量更高的植物螯合肽，提高植物對(duì)Pb的耐性和積累,。Pc作為生物吸附劑可有效清除采礦業(yè),、石油、涂料等工業(yè)廢水中的Pb2+,；將含有多種霉菌的絲狀真菌菌絲處理后可除去廢水中98%的Pb,；最后，在研究植物超富集作用的生理和分子機(jī)制的基礎(chǔ)上,，應(yīng)用分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)把生長(zhǎng)慢,、低生物量的超富集植物育成生長(zhǎng)快、生物量大的品種,，或把超富集植物的特異基因轉(zhuǎn)入到高生物量的植物體中,，是植物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵工作。在充分考慮到轉(zhuǎn)基因植物給生態(tài)環(huán)境帶來潛在威脅的前提下,，通過多學(xué)科交叉研究培育生長(zhǎng)快,、生物量大的Pb超富集植物品種，是今后有廣闊應(yīng)用和發(fā)展前景的工作,。
5. 展望
植物修復(fù)技術(shù)屬于原位修復(fù)技術(shù),，可以保護(hù)水土，不破壞生態(tài)環(huán)境,，成本低,、操作簡(jiǎn)便,，是一項(xiàng)很有發(fā)展前景的工作。土壤污染的植物修復(fù)研究已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)問題和前沿領(lǐng)域,。在深入了解植物生物學(xué)特性與植物修復(fù)關(guān)系的基礎(chǔ)上,，采用土壤污染修復(fù)技術(shù)的綜合應(yīng)用也是必不可少的。通過植物生理學(xué),、土壤學(xué),、遺傳學(xué)、環(huán)境科學(xué)和生物工程等多個(gè)學(xué)科交叉研究,，植物修復(fù)技術(shù)將在鉛污染土壤恢復(fù)治理方面發(fā)揮更大作用,。
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