水生植物富集重金属(综述)

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

体内干扰离子间原有的平衡系统，造成正常离子的吸收、运输、调节和渗透等方面的阻碍，从而使代谢紊乱；二是较多的重金属离子进入水生植物体内，不仅和核酸、蛋白质、酶等大分子结合，而且还可以取代某些蛋白质和酶行使其功能时所必须的特定元素，使其变性或活性降低[5]。

1.3 常见重金属离子对水生植物的影响

1.3.1 Hg的影响

汞属于毒性很强的重金属离子，中毒临界值很低。在临界值以下，Hg能增加细胞内核糖体、核糖体亚基及多聚核糖体的数量，诱导蛋白质合成。当其积累的数量超过临界值时就会影响植物的正常生理活动。随着Hg浓度的增大，光合作用系统受到不可修复的破坏，表现为植株受到严重伤害。其原因是汞的积累抑制叶绿素酸酯还原酶和影响氨基-γ-酮酸的合成，而影响叶绿素的生物合成；同时使叶绿体膜系统在结构上受到逐渐破坏，导致叶绿素总量的下降，光合速率降低，从而对整个生命循环过程带来灾难性的影响[6]。

1.3.2 Cd的影响

镉过量时，能降低有机体内RNA和蛋白质的合成速度，破坏核糖核蛋白质体，引起DNA 胞嘧啶的甲基化，导致DNA的损伤；并且能通过水流和食物链在水中迁移，形成循环危害[7]。镉毒害的主要机制在于它对细胞内蛋白质和核酸等重要的生物大分子上的巯基具强大的亲合力，对磷酸盐功能团等其他侧链也显示出亲和力，且易于移动，往往集中在生长旺盛的部位，显示其敏感的毒害损伤作用[8]。

1.3.3 Cu的影响

铜是水生植物体内多酚氧化酶、氨基氧化酶、酪氨酸酶、抗坏血酸酶、细胞色素氧化酶等的组成，能提高水生植物的呼吸强度。水生植物生长过程中需要少量的铜，缺少铜会影响叶绿素的含量，叶片出现失绿现象，繁殖器官的发育受到影响，严重时导致死亡。当然，过量的铜同样会对水生植物生长造成不良影响。主要是阻碍对其他元素的吸收，被吸收的铜主要集中在根部，造成根部的铜过量，严重阻碍对其他元素的吸收。另外，过量的铜抑制脱酸酶的活性间接阻碍氨向谷氨酸的转化，造成氨在根部大量堆积，使根受到严重的损害[9]。1.3.4 Zn的影响

锌是植物正常发育所必需的微量元素之一，是植物激素IAA的重要原料。缺乏时植物体的吲哚乙酸含量会降低，植物矮小。同时缺锌还会阻碍叶绿体的发育，并使植物出现明显的小叶病症状[10]。当锌过量时，对植物的超微结构造成影响，并随浓度的增大，毒性加剧。过量锌主要对细胞的膜系统产生影响。与叶绿素和细胞核相比，线粒体更加敏感。其毒害过程为：首先线粒体膨大，在较高浓度下，叶绿体的内囊体排列紊乱，线粒体成空泡状。细胞核核膜破裂，核仁散开。最后为叶绿体解体，细胞核凝胶状染色质散入细胞质中，对各细胞器造成致死性伤害[11]。

1.3.5 Pb的影响

在一定的范围内，铅能够促进根的生长，也可以从多个方面影响水生植物。铅能够影响植物抗氧化酶系统，使蛋白质和生物大分子变性，从而伤害植物。同时，铅也能够影响植物细胞膜的透性，使其生理生化反应发生紊乱。铅对植物细胞分裂素亦有影响。铅胁迫的毒理在于破坏植物叶绿素、线粒体和细胞核的超微结构，减少叶绿素和抗坏血酸的含量，降低硝酸还原酶和脱清还原酶的活性，继而阻碍水生植物的呼吸代谢、光合作用、清素还原、细胞分裂等生理功能正常进行，并最终影响植物品质和生物量[12。过量的铅进入水生植物体内，将对其造成严重的影响，甚至是死亡。

由于不同的植物对不同的重金属有其不同的耐受限度，故有必要知道其对重金属离子的临界值。部分水生植物对重金属的耐受上限临界值见表1。[13]