植物对环境的修复作用

植物对环境的修复作用植物，大家随处可见，但却只有很少一部分的人注意了植物对地球的修复作用。可以明确的说，如果没有植物，将不会有我们人类的生存空间！关注环境的人会经常听到一个词---植物修复。何谓植物修复呢？所谓的植物修复就是利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害。植物修复的对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体。研究表明,通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用,可以净化土壤或水体中的污染物,达到净化环境的目的,因而植物修复是一种很有潜力、正在发展的清除环境污染的绿色技术,也是一门正在崛起并涉及土壤学、植物学、分子生物学、基因工程学、环境工程等多门学科的新兴边缘学科。

植物对环境的修复作用主要表现在很多方面，其中最广泛的就是对水域的修复作用、对土壤的修复作用、对空气的修复作用。现在先让我们了解下植物修复的机理（以重金属污染水体的植物修复为例）。

重金属污染水体的植物修复是指通过植物系统及其根系移去、挥发或稳定水体环境中的重金属污染物，或降低污染物中的重金属毒性，以期达到清除污染、修复或治理水体为目的的一种技术。目前按其机理可分为植物挥发、植物吸收和植物吸附。　植物修复过程中可以具体分为5种： 植物提取，植物固定、植物挥发、植物过滤、植物加强的降解作用

（1）植物挥发

植物挥发是指重金属通过植物作用产生毒性小的挥发态物质。目前在这方面研究最多的是金属元素汞和重金属元素硒。在过去的半个世纪中汞污染被认为是一种危害很大的环境灾害。工业产生的典型含汞废弃物中，都具有生物毒性[4]，例如，离子态汞(Hg2+)，它在厌氧细菌的作用下可以转化成对环境危害极大的甲基汞(MeHg )。利用细菌先在污染位点存活繁衍，然后通过酶的作用将甲基汞和离子态汞转化成毒性小得多、可挥发的单质汞Hg(0)，己被作为一种降低汞毒性的生物途径之一。当今的研究目标是利用转基因植物降解生物毒性汞，即运用分子生物学技术将细菌体内对汞的抗性基因(汞还原酶基因)转导到植物(如烟草和郁金香)中，进行汞污染的植物修复。研究证明，将来源于细菌中的汞的抗性基因转导入植物中，可以使其具有在通常生物中毒的汞浓度条件下生长的能力，而且还能将从水体中吸取的汞还原成挥发性的单质汞。植物挥发为水体环境中具有生物毒性汞的去除提供了一种潜在可能性。诚然，植物挥发时将水域中的重金属转移至大气，若从区域整体环境质量考虑，利用植物挥发修复水与重金属，应以不损害大气质量为前提。

（2）植物吸收

植物吸收也称植物过滤或植物萃取，它是一种具永久性和广域性于一体的植物修复途径，已成为众人瞩目、风靡全球的一种植物去除环境污染元素(特别是重金属)的方法。它是利用专性植物[5]根、茎吸收一种或几种污染物，尤其是重金属，并将其转移、储存到植物茎叶，然后收割茎叶离地处理。这其中专性植物是特指超积累植物。超积累植物是指对重金属元素的吸收量超过一般植物100倍以上的植物，它积累的Cr, Co, Ni, Ca, Pb的含量一般在0.1%(干重)以上，积累的Mn, Zn含量一般在1%(干重)以上。在受重金属污染的水体中，连续放养几次超积累植物就有可能去除有毒金属。植物吸收的过程如下：

根系对重金属的吸收　植物可通过根部直接吸收水溶性重金属。重金属在水体中向植物根部的迁移途径有3种：①质体流作用。在植物吸收水分时，重金属随溶液向根系流动到根部; ②扩散作用。由于根表面吸收离子，降低根系周围水溶液离子浓度，引起离子向根部扩散; ③重金属随水体流动靠近植物根部。第三种途径能促进前两种途径的发生，从而加速重金属向植物根系的迁移。

到达植物根系表面的金属离子不一定能被植物吸收。植物吸收重金属的生理过程可能为两种方式：一种是细胞壁质外空间对重金属的吸收；另一种是重金属透过细胞质膜进人植物细胞。植物的细胞壁是污染物进人植物细胞的第一道屏障。当重金属浓度较低时和在吸收的开始阶段，重金属首先被细胞壁吸附，只有当外界污染物浓度相当大时，打破了这种平衡，才有部分细颗粒重金属透过细胞壁，穿过质膜进人细胞。重金属通过细胞膜进人细胞有两种方式：①被动扩散，物质顺着本身的浓度梯度或细胞膜的电化学势流动；②主动传递，这种传递过程需要能量。重金属离子可以在膜内以较高的浓度存在，这与蛋白质与重金属离子的亲合性很强有关，同时也取决于膜内的电负性。通常膜内外的电位差可达50一100mV，这就可使Cu, Zn, Mn等二价离子因离子电位差而被浓缩100倍以上。这种机制，就可以使植物非常有效地吸收、富集重金属。

重金属在植物体内的转运　金属离子进人根部后，要么被贮存，要么被转运到茎叶部分。尽管很多实验证明重金属主要分布在植物根部，但一些流动性较大的元素还是可以通过导管向上迁移到叶片。

重金属进人根细胞质后，可以游离金属离子形态存在，但细胞质中游离金属离子过多，对细胞产生毒害作用，干扰细胞的正常代谢，因而细胞质中金属可能与细胞质中的有机酸、氨基酸、多肽和无机物等结合，通过液泡膜上的运输体或通道蛋白转人液泡中。金属转运到茎叶部分可能发生在木质部，其主要受两个过程的控制：从木质部薄壁细胞转

载到导管和在导管中运输，后者主要受根压和蒸腾流的影响。目前对于阳离子在木质部的装载过程还不十分明确，但研究者一致认为，它是与根细胞吸收离子相独立的一个过程。有资料表明，木质部装载过程的能量来自木质部薄壁细胞膜上的H一ATPase产生的负性跨膜电势。阳离子在木质部的装载可能通过阳离子质子反向运输体、阳离子-ATPase和离子通道。在超积累植物中，可能存在更多的离子运输体或通道蛋白，从而促进重金属向木质部装载，但目前还缺乏直接证据。

（3）植物吸附

植物吸附直接发生在植物根(或茎叶)部表面。表面吸附可能是去除水体重金属最快的一步。它是由螯合离子交换和选择性吸收等物理和化学过程共同作用的结果，且不要求生物活性，在死去的植物体表面也可以发生。对于沉水植物和浮叶根生植物而言，植物吸附是他们去除重金属的主要方式。

植物对土壤的修复与对水域的修复大体相同，再此就不再详细说明。

植物对土壤的改善主要通过植物的发达根系,它有着极为巨大的根表面积,这有利于吸收土壤的营养物质,然而许多物种在根细胞吸收营养物质的同时,也伴随着吸收重金属化合物。由于植物根系分泌糖类、有机酸、氨基酸、脂肪酸等有机质,降低了根际土壤的ｐＨ值,加上植物根系对土壤水分、氧含量、土壤通气性的调适,刺激了根系附近微生物群体的发育,使根际环境成为微生物作用的活跃区域,可使金属元素在根际环境得到富集,金属元素的赋存形态及其生物有效性增加,从而提高植物对元素的吸收、挥发或固定效率。当然,由于根表皮细胞周围土壤中的各种微粒物质(如粘性颗粒、腐殖质等)的吸附作用等降低了金属物质的可溶性。

植物对空气的修复人们最为熟悉的就是吸收二氧化碳，提供氧气，除此之外，植物可以保护水土调节湿度、缓冲环境剧烈变化等等。

植物是人类健康保护神，经过仪器检测，在松、柏、樟三种树的森林圈内，每立方米空气的含菌量是916个，而一般街市人口密集处，每立方米空气的含菌量总在20000个以上。松树散逸在空气中的臭氧能杀灭肺结核菌，故俄罗斯的不少肺结核疗养院都建在松树林中。1亩垂柳一昼夜能散发出2公斤杀菌素，能抑制伤寒、白喉、痢疾等病菌的繁殖，同时还能吸收化解空气中的二氧化硫。从宏观上看，地球上全年产生二氧化碳2000亿吨，如果不化解，将严重毒化地球，幸运的是，森林在绿色光合作用中吸去1400亿吨，草本植物吸去600亿吨，使地球上的氧气与二氧化碳交流运行基本持平。

森林是调节地球生态循环系统最重要的下垫面，称为"绿色固体水库"，因为一亩林木可以蓄积涵养20立方米天然落水或地下水，一公顷林木一个夏天可蒸发70吨水，使空气保持相对湿度。森林至少在水体运行上能