植物修復(fù)技術(shù)是于20世紀(jì)80年代初期在環(huán)境污染治理的實(shí)踐中逐漸發(fā)展起來的，它是作為一種新興的綠色生物技術(shù)，同時也是土壤污染治理的環(huán)境友好型技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)是指利用重金屬富集植物來清除土壤重金屬污染，其設(shè)想由美國科學(xué)家Chaney于1983年首次提出。它通過利用能夠富集重金屬的超富集植物、用基因工程培育新的富集植物品種，以及植物根際微生物群落，來移去、揮發(fā)或穩(wěn)定土壤中存在的重金屬污染物，也可以通過降低重金屬的毒性來清除污染，以達(dá)到修復(fù)或治理土壤污染的目的。
自從富集植物的概念被提出以來，歐美等發(fā)達(dá)國家對富集植物的富集能力進(jìn)行了較為深入的研究，而國內(nèi)發(fā)展則相對滯后。截止到目前為止，國內(nèi)外共發(fā)現(xiàn)超富集植物約450余種，其中鎳Ni超富集植物最多，約320種；銅Cu超富集植物34種、鈷Co超富集植物34種、鋅Zn超富集植物18種、硒Se超富集植物20種、鉛Pb超富集植物14種、錳Mn超富集植物9種、砷As超富集植物5種。
雖然富集植物的種類和數(shù)量不少，但目前對富集植物在園林中的應(yīng)用還缺乏系統(tǒng)性的總結(jié)。園林景觀行業(yè)以改善人居環(huán)境為己任，有必要對時下國內(nèi)所面臨的各種生態(tài)環(huán)境問題承擔(dān)相應(yīng)職責(zé)，而植物是園林中不可缺失的重要組成要素，因此迫切需要對植物修復(fù)土壤重金屬污染機(jī)理作深入細(xì)致的研究，系統(tǒng)地總結(jié)出適合園林應(yīng)用的富集植物，以期更好地利用植物修復(fù)技術(shù)來創(chuàng)造更加美好的人居環(huán)境。
植物修復(fù)土壤重金屬污染的機(jī)制研究
回避機(jī)制
一些植物可通過某種外部機(jī)制保護(hù)自己，使其不吸收環(huán)境中高含量的重金屬從而免受毒害，稱為避性。植物主要通過兩種機(jī)制來保護(hù)自己，一種是限制重金屬離子的跨膜吸收，細(xì)胞質(zhì)膜是選擇透過性膜、控制離子進(jìn)入原生質(zhì)體的真正關(guān)卡；一種是與體外分泌物結(jié)合，降低重金屬的毒性。
排除機(jī)制
所謂金屬排斥性即重金屬被植物吸收后又被排出體外，或重金屬在植物體內(nèi)的運(yùn)輸受到阻礙。在高等植物中，通過對不同抗性的基因型進(jìn)行的重金屬離子吸收與代謝能量關(guān)系的研究已證實(shí)原生質(zhì)膜溢泌有主動排除金屬離子的作用。這己在微生物和動物的試驗(yàn)中得到證實(shí)，植物體內(nèi)的重金屬離子也能被排出體外。還有些植物對重金屬的排除可以通過根際化學(xué)性狀的改變實(shí)現(xiàn)，如根際分泌螯合劑、形成跨根際氧化還原梯度、形成跨膜根際pH梯度等。
細(xì)胞壁作用機(jī)制
植物細(xì)胞壁是抵御重金屬離子進(jìn)入的第一道屏障，它的金屬沉淀作用可能是一些植物耐重金屬的原因，這種作用能阻止重金屬離子進(jìn)入細(xì)胞原生質(zhì)，而使其免受傷害。楊居榮等研究了Cd和Pb在黃瓜和菠菜細(xì)胞各組分中的分布，發(fā)現(xiàn)77%-89%的Pb沉積于細(xì)胞壁上，而45%-69%的Cd存在于細(xì)胞質(zhì)中。因此根部細(xì)胞壁可視為金屬離子的重要貯存場所。
重金屬進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)機(jī)制
植物細(xì)胞質(zhì)膜將有毒離子外排至細(xì)胞外或轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡內(nèi)，是植物降低有毒離子在細(xì)胞內(nèi)含量的兩個重要途徑。液泡含有的各種蛋白質(zhì)、糖、有機(jī)酸等物質(zhì)都能與重金屬結(jié)合而解毒，因此液泡常被認(rèn)為是貯存重金屬元素的結(jié)構(gòu)。Brooks等（1981）用離心的方法對庭芥屬植物（Aubrieta）的植物組織進(jìn)行分離，然后測定各部分的Ni含量，結(jié)果顯示，有72%的Ni分布在液泡中。Wang等（1991）曾對煙草液泡中鎘的化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)液泡內(nèi)鎘與無機(jī)磷酸根能形成磷酸鹽沉淀，降低了鎘的毒性。這些結(jié)果都顯示，液泡可能成為重金屬貯存的主要場所。
重金屬與各種有機(jī)酸的絡(luò)合機(jī)制
在環(huán)境脅迫條件下，有機(jī)酸的生物合成、積累、運(yùn)輸和根系分泌會顯著增加。有機(jī)酸是一類重要的重金屬配位體，參與重金屬的吸收、運(yùn)輸、貯存和解毒等生理代謝過程，與重金屬形成穩(wěn)定的螯合物，降低重金屬的毒性。但有機(jī)酸的種類因植物種類、金屬類型和濃度等因素而異。20世紀(jì)90年代已有很多關(guān)于這方面的研究，Tolra等觀察到Zn超積累植物遏藍(lán)菜（Thlaspicaerulescens）地上部可溶性Zn濃度與蘋果酸和草酸濃度呈顯著正相關(guān)。Homer等（1991）研究表明，新喀里多尼亞鎳超積累植物中分離出來的絡(luò)合物，其鎳配位體主要為檸檬酸鹽和蘋果酸鹽以及兩者的混合物。由此可見，各種有機(jī)酸對減輕植物重金屬的毒害起了關(guān)鍵作用。
酶適應(yīng)機(jī)制
在重金屬的脅迫下，植物保護(hù)酶系統(tǒng)也會發(fā)生適應(yīng)性變化，使耐性種或植株在重金屬干擾時能維持正常的代謝過程。西德WcrneMothys在1978年研究了Cu、Zn、Cd、Ni、Co、Mg對腆肥麥瓶草耐Cu、耐Cd又耐Zn、耐Cd和無耐性的種群的硝酸還原酶、葡萄糖6-磷酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶及蘋果酸脫氫酶，發(fā)現(xiàn)耐性種加入Zn后硝酸還原酶、異檸檬酸酶被激活，特別是硝酸還原酶；而抗件差的種群，此酶完全被抑制，他們認(rèn)為抗性種的生態(tài)型有保護(hù)酶的機(jī)制（殷捷和周竹渝2003）。楊居榮等（1995）發(fā)現(xiàn)Cd脅迫可引起SOD、POD、CAT活性的改變。一些蔬菜幼苗在汞的脅迫下，會誘導(dǎo)產(chǎn)生新POD的同功酶與外界不良的環(huán)境條件相適應(yīng)。
植物螯合態(tài)的解毒作用
植物螯合態(tài)PC（Phytochelatin）是一種由半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸組成的含巰基螯合多肽，分子量一般為1-4kD，結(jié)構(gòu)多為（(γ-Glu-Cys)n-Gly,n=2-11）。由于其巰基含量高，對重金屬的親和力大，能夠螯合多種重金屬離子，使重金屬離子失去活性，從而減輕重金屬對植物的毒害作用。PC的發(fā)現(xiàn)，使人們對植物重金屬耐性機(jī)理產(chǎn)生了新的認(rèn)識，認(rèn)為PC的形成才是植物解毒的重要生理機(jī)制。
結(jié)果與分析
通過對富集植物進(jìn)行全面收集，我們篩選出其中能用于園林綠化的富集植物（包括有富集潛力的植物）。
▲國內(nèi)園林中常用富集植物統(tǒng)計(jì)結(jié)果
由上表可知，目前園林中應(yīng)用的富集植物種類并不豐富，整體所占比例較小。目前已發(fā)現(xiàn)的多數(shù)重金屬超富集植物主要集中在草本植物，如禾本科、十字花科、菊科等，木本植物較少。這種結(jié)果的出現(xiàn)一方面可能是因?yàn)閱棠旧锪枯^大、生長周期長導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)研究難度較大，而草本則不存在這樣的問題；另一方面可能是草本植物由于自身在結(jié)構(gòu)和組成上的差異（根系、葉片等）導(dǎo)致其富集能力要強(qiáng)于木本植物。
結(jié)論
土壤污染的修復(fù)一般有物理、化學(xué)和生物修復(fù)等方法。植物修復(fù)是以植物忍耐和超量積累某種或某些重金屬元素的理論為基礎(chǔ)，通過植物及其共存微生物體系清除環(huán)境中污染物的一種環(huán)境生物治理技術(shù)。與傳統(tǒng)的物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)相比，植物修復(fù)所具有的高效、無二次污染與操作簡便等特點(diǎn)，使其成為最具生命力的污染土壤修復(fù)技術(shù)之一。該技術(shù)利用綠色植物及其共存微生物體系轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污染物使其對環(huán)境無害，主要包括以下五種類型：植物吸取、植物降解、植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)、根際過濾。從本質(zhì)上講，植物修復(fù)是通過植物光合作用將散存于土壤和水介質(zhì)中的污染物抽吸出來，轉(zhuǎn)移到植物地上部分或可收割部位，通過刈割并作無害化處理來達(dá)到治理環(huán)境的目的。
目前，發(fā)現(xiàn)的土壤重金屬富集和超富集植物有很多種類，但大部分還處于野生狀態(tài)，且具有生長速率慢、生物量少等弊端。因此需要我們對其進(jìn)行馴化和改良，從而培育出比自然條件下生物產(chǎn)量高、富集效率高的超富集植物，將其市場化、規(guī)?；糜诟纳票晃廴镜耐寥?。同時，配合適宜微生物的使用以增強(qiáng)植物富集能力，加強(qiáng)對植物修復(fù)土壤重金屬污染的機(jī)理研究，以便更好地解決國內(nèi)土壤重金屬污染的問題。
來源:文科園林
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