有机氯农药污染土壤的植物修复机理研究进展

第10卷第6期现代农药Vol.10 No.6
专论与综述
有机氯农药污染土壤的植物修复机理研究进展
董洪梅，万大娟*
（湖南师范大学资源与环境科学学院，长沙 410081）
摘要：受有机氯农药污染土壤的植物修复是一项具有广泛应用前景的技术，对其修复机理的探讨有助于深入研究修复技术与应用推广。

综合分析植物修复受有机氯农药污染土壤的机理，主要体现在：植物直接吸收和转运有机氯农药；植物释放分泌物去除有机氯农药；植物微生物联合体系对有机氯农药的转化。

关键词：有机氯农药；吸收；分泌物；联合修复
中图分类号：TQ 450 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1671-5284.2011.06.002
Mechanism on Phytoremediation of Contaminated Soil with Organochlorine Pesticides
DONG Hong-mei, WAN Da-juan*
(School of Resources and Environment Science, Hunan Normal University, Changsha 410081, China) Abstract: Phytoremediation of contaminated soil with organochlorine pesticides is a technology which has wide foreground. The study on mechanism of phytoremediation will help us to promote the study and application deeply. The results of comprehensive analysis on phytoremediation of contaminated soil with organochlorine pesticides were as follows: plant absorbed and transported organochlorine pesticides directly; plant released exudates to remove organ chlorine pesticides; the systems of plant and microorganism transformed organochlorine pesticides.
Key words: organochlorine pesticide; absorb; exudate; combined remediation
植物修复是利用植物的生长吸收、转化、转移等功能来净化土壤中污染物的一种修复技术，是一项公认的具有潜力的、优美的、自然的生物修复方式。

污染土壤的植物修复作为当前环境污染控制研究的热点，受到了国内外专家学者的普遍关注。

国外对植物修复的研究较多，有的已展开原位修复并达到商业化水平[1]。

美国于20世纪80年代就广泛进行植物修复研究，而我国则起步较晚，工作多偏重于重金属污染土壤的修复，有关农药污染土壤修复的报道较少。

安凤春等人的研究显示，在DDT污染浓度为0.125 mg/kg的土壤中种植10个品种的草本植物，发现不同品种的草对同种农药吸收与富集能力不同，同一品种的草对不同农药吸收与富集能力也有差异[2]。

植物修复受重金属污染土壤的机理往往是寻找能够超累积或超耐受该有害重金属的植物，将金属污染物以离子的形式从土壤中转移至超累积或超耐受植物的特定部位，再将富集了重金属的植物进行处理。

而植物修复受有机氯农药污染土壤的机理要复杂得多，在修复中经历的过程可能包括吸附、吸收、转移、降解、挥发等，是一种原位处理污染土壤的方法，具有操作简单、应用成本低、生态风险小、对环境的改变少等特点。

植物在其生长周期中，对周围发生的化学、物理和生物过程都会产生深远影响，在吸收营养物质、生长发育、衰老死亡以及完全腐解等过程中，植物都能不断地改变着周围环境。

综合分析植物修复受有机氯农药污染土壤的机理，主要有3种：植物直接吸收有机氯农药后转移或分解；植物释放分泌物和特定酶降解土壤环境中的有机氯农药；植物促进根际微生物对土
收稿日期：2011–06–07；修回日期：2011–07–02
基金项目：湖南省自然科学基金 (09JJ6025)；湖南省高等学校科学研究项目 (10C0933)
作者简介：董洪梅 (1985—)，女，山东省滕州市人，在读硕士研究生。

专业方向：环境污染控制。

通讯作者：万大娟。

E–mail：dajuanwan@
8 现代农药第10卷第6期
壤环境中有机氯农药的吸收或利用转化。

1 植物直接吸收和转运有机氯农药
植物吸收是兼永久性和广域性为一体的植物修复途径，已成为国内外一种较为热门的植物去除环境污染物的方法，它主要是利用专性植物吸收一种或几种污染物，并将所吸收的污染物进行转移并贮存在植物体内，在收获后对植物进行处理，从而达到修复受污染环境的目的[3-4]。

研究表明，植物能从土壤中直接吸收部分有机氯农药[5]。

例如Burken 等人的研究结果显示，植物可以显著地直接吸收土壤环境中的微量除草剂莠去津，使土壤环境中多年沉积的莠去津明显减少[6-7]。

植物吸收土壤中的有机氯农药后，较多的有机氯农药以一种很少能被植物利用的形式被束缚在植物组织中，普通的化学提取方法无法将它们提取出来。

研究表明，在有机质很少的砂质土壤中，可以利用植物根系吸收后收获的方法来修复受有机氯农药污染的土壤环境，如：利用胡萝卜吸收DDT 后收获胡萝卜，干燥后再完全燃烧。

在这个过程中，有机氯农药离开土壤基质进入脂含量高的胡萝卜根中，将有机氯农药直接束缚在植物体内[8]。

土壤中的有机氯农药被植物直接吸收后的另一种去向则可能是在根部累积后经木质部转运至植物茎叶部分，随后从叶表挥发或被吸附于叶表面，由于叶表面具有较大面积的富脂性表皮，因此也具有一定富集有机氯农药的能力[9]。

此外，植物还可将有机氯农药分解成没有毒性的代谢中间体储存在植物组织中或将其直接利用或分解成为氯离子、二氧化碳和水等最终产物。

目前，对于利用植物体吸收、转化和降解土壤中有机氯农药的研究尚处于验证阶段，其转化过程和机理亟待进一步研究。

2 植物释放分泌物去除有机氯农药
植物根系对土壤中有机氯农药的吸收强度不大，它对受有机氯农药污染土壤的修复，主要是依靠根系分泌物和酶对有机氯农药产生的络合和降解等作用来降解有机氯农药[10-11]。

植物根系能分泌糖、醇、蛋白质等营养物质到土壤中，供微生物生存；植物根系还能分泌有机酸等化学物质，可以改变土壤环境的pH值等，有利于有机氯农药的分解。

研究表明，具有发达根系、根须的植物能够促进根际微生物菌群对除草剂、杀虫剂等有机物的吸附、降解[12]。

由植物根系分泌物主动营造的根际微域环境是有机氯农药生物可利用性提高及毒性得以削减的重要原因。

植物通过释放到根际环境中的分泌系统可分泌一些能降解特定有机氯农药的酶来实现直接降解相关的有机氯农药，而且植物在根死亡后，向土壤中释放的分泌物仍可以持续发挥分解作用。

研究表明，脱卤酶可降解含氯的有机氯农药，生成氯离子、水和二氧化碳[13]。

根系分泌物还具有可以改变有机氯农药在土壤中吸附能力的特性，促进其与腐殖酸等土壤中有机物质的共聚作用，通过增加其在环境中的吸附量来提高植物对它的吸收转运能力，如：南瓜、甜瓜等植物能分泌一种能与2,3,7,8-TCDD等有机氯农药结合并增加其水溶性的物质，从而提高其被植物吸收转运的能力[14]。

许多实验研究证明，植物根系分泌物在植物修复过程中起着某些重要作用，可通过其分泌的酶类和土壤微生物共代谢来降解、消除有机氯农药，减轻其对植物的危害性。

今后可从寻找、筛选某些特异性根系分泌物植物及其对清除有机氯农药的效率等方面进行深入研究。

3 植物–微生物联合体系对有机氯农药的转化
由于土壤中植物根系的存在，增加了微生物的活性、生物量和生活范围[15]。

国内外研究结果显示，微生物在根际环境与非根际环境中的差别很大，这种微生物在数量和活动上的增长，很可能是使根际环境中有机氯农药代谢降解的因素。

Henner等人的研究表明，根际微生物可以加速许多农药以及三氯乙烯的降解。

魏树和等人的研究表明，菌根表面菌丝体向土壤中的延伸，极大地增加了植物根系吸收的表面积，有些甚至可使表面积增加46倍[16]。

这种作用增强了植物对农药等有机物的吸收能力，在受有机氯污染土壤的修复中起着重要的作用[17]。

植物在生长过程中可释放一些物质刺激根际环境微生物的活性，根细胞分泌的粘液和其它细胞的分泌液构成植物的渗出物也可以成为微生物重要的营养源，有些分泌物还是微生物共代谢的基质[18]。

Jordahl等报道杨树根际的微生物数量增加，但没有选择性，即降解有机氯农药的微生物是没有选
2011年12月董洪梅，等：有机氯农药污染土壤的植物修复机理研究进展9
择性的增加，这表明微生物的增加是由于根际环境条件的变化所引起，而非环境中有机氯农药的影响[19-20]。

Siciliano等通过研究也发现草原地区微生物对2-氯苯甲酸的降解率高于对照11%～63%[21]。

Nichols等研究表明，植物根际微生物明显比空白土壤中多，这些增加的微生物能增加环境中的有机物质的降解[22]。

植物强化根际的矿化作用与菌根菌和同生菌有一定的关系，菌根作为真菌与植物的结合体对土壤的影响具有微生物和植物的双重特性，菌根植物的特定结构使根系的吸收面积增大，能降低植物与土壤之间的流体阻力，促进根系对水分和养分的吸收和利用。

植物根系分泌物还能刺激细菌的转化作用，在根际环境形成有机碳，同时根细胞的死亡也可增加土壤有机碳，这些有机碳的增加能阻止有机氯农药向地下水转移，也可增加微生物对有机氯农药的矿化作用。

有研究表明，微生物对莠去津的矿化作用也与土壤有机碳成分直接相关[23]。

此外，植物由于具有错综复杂的根系，其巨大的根表面积也是微生物的寄宿之处，从而为土壤微生物生长提供更多的生存场所与环境，使根际环境的好氧转化作用能够正常进行。

4 结论
以上国内外研究结果表明，植物修复受有机氯农药污染土壤的实现一方面依赖于植物生命过程中的不同环节，还要依靠整个植物体[24]。

生长在受有机氯农药污染土壤中的植物，可以通过根系分泌相应的物质来调节环境中pH和Eh的大小；根际环境中的酶被保护在植物体内或吸附在根表面，不会受到损伤；植物根系在不同环境条件下的分泌物除了能达到促进植物修复受有机氯农药污染土壤的作用外，还能刺激根际微生物的活性，提高其对土壤环境中有机氯农药的降解能力，同时为该类物质在土壤中被共代谢提供大量的基质。

植物修复技术虽然有前述很多优点，但仍有不完善的地方，实际应用中有一定的局限性。

如在修复过程中，有些植物对土壤、气候等条件有一定的要求，容易受到自身和外界因素的制约。

但随着对筛选高效修复植物、污染物的生物利用性及其在植物体内的转化机理等多方面的研究和实践的深入，有机氯农药污染土壤的植物修复技术必将得到广泛推广和应用，为土壤环境的保护和治理带来新的发展前景。

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（下转第14页）
14 现 代 农 药 第10卷 第6期
商品名Sakura 、Fierce ，试验代号KIH –485、KUN –043。

2005年在美国进行鉴定，并由美国K –I 化学公司开发，与其它氯代乙酰胺类除草剂品种比较，具有低用量、特殊残留活性特点，除草效果好及除草持效期长是其突出优点，用量为125～250 g/hm 2，大豆与玉米苗前处理，可有效防治野黍、二色蜀黍、马唐属、狗尾草属、稗属等大多数一年生禾本科杂草以及苋属、茄属、藜属等小粒一年生阔叶杂草，对苘麻高活性，其生物活性远远超过乙草胺等品种，今后有可能替代氯代乙酰胺类现有品种。

N
O N N 3
O F
F CH
F F CH 2
S O O C
H 3C H 3
4 结语
近10年来，随着转基因大豆从美国、巴西等国的大量进口，国产大豆受到持续不断的冲击，不论是产量与品质或是售价，国产大豆均不具有优势，1996年成为净进口国，进口量突破100万t ，2009年则达4225万t ，作为生产大省的黑龙江省，大豆价格与到港进口大豆价差达350～400元/t ，此外黑龙江大豆出油率为18%～20%，而美国转基因大豆为20%～22%，因而形成进口大豆剧增，国产大豆不断积压，国内大豆生产、加工和营销等各个环节已被国外公司控制，这就是中国大豆行业面临的现实。

在低价进口转基因大豆的不断冲击下，豆农丧失种植的积极性，作为大豆种植面积和产量占全国1/3的黑龙江省，近年来大豆种植面积持续缩减，而用于大豆田的除草剂品种及其混剂 (混用)
众多，竞争激烈，因此在一定时期内，大豆似乎不宜成为开发除草剂新品种的重点，而水稻、玉米等作物则是重要市场。

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（上接第9页）
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