超富集植物對鉛污染土壤的作用機理
鉛在土壤中的溶解度小，滯留時間長，是一種不可降解的環境污染物，在表土積累后，不僅影響農作物的產量和質量，并且通過食物鏈影響人類健康。鉛對機體損傷呈多系統性、多器官性，鉛作為中樞神經系統毒物，對兒童的身體和智能的危害更為嚴重。我國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技術
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，是在長期環境脅迫下誘導、馴化的一種適應突變體，生長緩慢，生物量小。一般認為超富集植物應同時具備3個特征：（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，通常用轉移系數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移能力，對某種重金屬或化合物轉移系數越大的植物越有利于植物提取修復。（3）植物的生長沒有出現明顯的受害癥狀且地上部富集系數大于1。當然，理想的超富集植物還應具有生長速率快、地上部生物量大、能同時富集兩種或兩種以上重多屬的特點。
1.2 植物修復技術
實現金屬生物回收的實際可能性，在重金屬污染土壤上，連續種植對土壤中某種或多種污染元素有超強吸收和吸附能力的超富集植物，將植物收獲并進行妥善處理即可將該污染重金屬轉移出土體，達到污染治理與生態修復的目的。這就是植物修復技術。植物修復技術可分為植物提取、植物揮發、根際過濾和植物固定4種類型。一般將前3者統稱為去除過程，而將后者稱為穩定過程。現在研究緊多的是植物提取技術。植物提取技術分為連續植物提取和誘導植物提取兩種方法，前者依賴超富集植物在其整個生命周期能夠吸收、轉運和忍耐高含量重金屬，后者是利用螯合劑來促進植物對重金屬的吸收和運輸。由于Pb是目前最常見的對人體和植物危害最大的元素之一，近年來對于Pb污染土壤的修復引起了全世界的關注。植物修復技術方法由地其原位修復、成本低、不造成二次污染等多種優勢而成為國際范圍的研究熱點。
2. 鉛超富集植物的篩選
已發現的超富集植物存在著生物量小、生長緩慢、修復效率低、耕時長等缺點，不利于大面積栽培和廣泛應用。目前利用基因工程培育理想的超富集植物進展十分緩慢。因此尋找生物量大、生長迅速、適應性廣、修復效率高的超積累植物及其資源，是保證植物修復技術產業化的前提條件。
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，大多數超富集植物都是采用這種方法發現的；而室外盆栽模擬實驗可以對植物整個生長期進行觀察和記載，與長期生長在金屬礦區土壤環境的植物相比，被馴化的時間短，有利于根據植物對污染物的響應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。鉛具有較高的負電性，被認為是弱Lewis酸，易與土壤中的有機質和鐵猛氧化物等形成共價鍵，不易被植物吸收，所以目前已見報道的鉛超積累植物并不多，而且主要都是在鉛鋅礦區發現的。
3. 植物富集鉛能力的影響因素
美國能源部規定，能用于植物修復的植物應具有5個特性，其中最關鍵的就是超富集和高生物量。由于已發現的Pb超富集植物種類少，植物生長慢，生物量小，人們迫切需要尋找增強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，即誘導植物提取技術。加入到土壤中的螯合物與Pb結合后阻止了 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。產生這種現象的機制可能是，螯合劑改變了植物的輸送系統功能，導致Pb的輸送變得更容易。螯合劑的類型和濃度對植物吸收Pb的效果影響也不同。誘導植物提取方法較適合于中、低污染土壤的修復。
植物對土壤中Pb的吸收還受土壤的pH值、土壤微生物、所施用的肥料和復合污染效應等多種因素的影響。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。調節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制
生長在Pb污染土壤環境中的植物會受到不同程度的危害，在植物長期凈化過程中相應地產生了許多抵御重金屬毒害的機理，如細胞區間隔離、細胞壁沉淀、細胞活性氧防御酶協同作用方面起了重要作用。近些年來，許多動物和植物中的植物螯合肽合成酶基因已被識別，引入這些基因的轉基因植物能被誘導合成含量更高的植物螯合肽，提高植物對Pb的耐性和積累。Pc作為生物吸附劑可有效清除采礦業、石油、涂料等工業廢水中的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制的基礎上，應用分子生物學和基因工程技術把生長慢、低生物量的超富集植物育成生長快、生物量大的品種，或把超富集植物的特異基因轉入到高生物量的植物體中，是植物修復技術的關鍵工作。在充分考慮到轉基因植物給生態環境帶來潛在威脅的前提下，通過多學科交叉研究培育生長快、生物量大的Pb超富集植物品種，是今后有廣闊應用和發展前景的工作。
5. 展望
植物修復技術屬于原位修復技術，可以保護水土，不破壞生態環境，成本低、操作簡便，是一項很有發展前景的工作。土壤污染的植物修復研究已經成為當前國內外的熱點問題和前沿領域。在深入了解植物生物學特性與植物修復關系的基礎上，采用土壤污染修復技術的綜合應用也是必不可少的。通過植物生理學、土壤學、遺傳學、環境科學和生物工程等多個學科交叉研究，植物修復技術將在鉛污染土壤恢復治理方面發揮更大作用。
參考文獻
[1] 鐘科. 超富集植物修復土壤重金屬污染[N]. 江蘇農業科技報，2005.
[2] 劉英楠. 我國發現新的鎘超積累植物龍葵[N]. 科學時報，2005.
[3] 李素珍. 受污染土壤的修復技術[N]. 農資導報，2006.
[4] 杜鐵光. 300多萬畝重污染耕地用途待改變[N]. 人民政協報, 2005.
[5] 趙燕華, 劉如春, 柯黎明. 珠三角土壤被重金屬污染！[N]. 羊城晚報，2005.
[6] 李惠子, 俞錚. 中國科學家利用蜈蚣草大規模修復污染土壤[N]. 中國信息報，2006.
[7] 瞿劍. 北京為修復污染土地建立攻關平臺[N]. 科技日報，2008.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
