环境污染灾害的植物修复

15卷2期

2006年4月自　然　灾　害　学　报JOURNAL OF NAT URAL D I S ASTERS Vol .15,No .2Ap r .,2006收稿日期:2005-12-20;　修订日期:2006-01-19

基金项目:黑龙江省科技攻关项目(GC05B108);黑龙江省教育厅海外学人科研项目(1055HQ024);黑龙江省人事厅博士后落户黑龙江科

研项目;哈尔滨师范大学留学回国人员科研启动项目

作者简介:司亮(1980-),女,黑龙江哈尔滨人,硕士研究生,主要从事植物基因工程研究.

文章编号:100424574(2006)022*******

环境污染灾害的植物修复

司　亮,郭长虹,关荣伟,王　波,王永斌,蔡秋艺,韩玲玲

(哈尔滨师范大学生物系,黑龙江哈尔滨150080)

摘要:环境污染是一个全球共同关注的重要问题。植物修复是利用植物对环境污染进行治理,具有高

效、环境友好、廉价等优点。概述了植物修复的原理,综述了鏊合诱导和组织培养技术在植物修复中

的最新研究进展,并对植物修复技术的发展方向进行了讨论。

关键词:环境污染;植物修复;鏊合诱导技术;植物组织培养

中图分类号:Q948.1;X5 文献标识码:A

Phyto 2re m edy aga i n st env i ronm en t a l polluti on

SIL iang,G UO Chang 2hong,G UAN Rong 2wei,WANG Bo,WANG Yong 2bin,CA IQ iu 2yi,HAN L ing 2ling

(Depart m ent of B i ol ogy,Harbin Nor mal University,Harbin 150080,China )

Abstract:Envir on mental polluti on is a gl obally interested p r oble m.Phyt o 2re medy is an effective,envir onmentally nondestructive and cheap method for re medy of envir onmental polluti on .This paper su mmarized the mechanis m of phyt o 2re medy,intr oduced the recent app licati on of chelate 2induced and p lant tissue culture technol ogy in this field,and discussed the future trend of phyt o 2re medy .

Key words:envir onmental polluti on;phyt o 2re medy;chelate 2induced technol ogy;p lant tissue culture

随着工农业的快速发展,自然环境中积累了越来越多的有毒污染物,这些污染物破坏了生态系统的平衡,并对人类的生存造成了极大的威胁。环境污染灾害已经成为全球共同关注的一个热点问题。植物修复是近年发展起来的一项净化环境的绿色修复技术,它以经济、高效、持久、环境友好等优势而显示出巨大的生命力。随着研究的不断深入,人们将螯合诱导、组织培养等技术应用于植物修复中,并取得了理想的成果,使得植物修复技术的发展前景更为广阔。

1　植物修复的原理和分类

植物修复是指通过绿色植物来固定、吸收、转移、转化、降解环境中污染物,使其有害性消失或降低的的一种有效的途径。早在1977年,B r ooks 等就提出了重金属超富集植物一词———hyperaccumulat or,它是指能够吸收或累积重金属的植物。正是由于超富集植物的不断发现使得植物修复技术得到不断的发展。植物修复技术根据机理可以分为以下几个方面:

1.1　植物萃取作用(phyt oextracti on )

也被称为植物积累。是指通过种植超富集植物将土壤中的金属元素吸收到根部并转移到地上易收获部

分(如茎、叶)。这项技术一般用于镍、锌、铜、铅、镉、铬的污染。Beker 等[1]首次利用阿尔卑斯菥蓂(Thlas p i

caerulesences )对重金属污染的土地进行了长期有效的修复。

1.2　植物降解作用(phyt odegradati on )

是指通过新陈代谢作用降解污染物或通过植物自身分泌的化合物分解外来污染物的过程。如TCE 、杀虫剂等有机污染物都是通过植物体内分泌的酶来完成降解作用。

1.3　根际降解作用(rhiz odegradati on )

是指由于植物根际的存在,使土壤中的微生物对有机污染物的降解效率得到提高。植物根际可以分泌糖类、有机酸和氨基酸等为根际微生物提供丰富的营养和能源,促进微生物的活性和生化反应。桑科植物Morus rubra 、Malus fusca (Raf )schneid 及蔷薇科植物Maclara pom ifera (Raf )schneid 的根际分泌物能促进PCB s 降解菌的生长。一些研究表明植物还降解杀虫剂和除草剂,对PHA s 也有显著的修复效果。

1.4　根际过滤作用(rhiz ofiltrati on )

是指植物根系范围内呈溶解态的金属元素被根系吸收或被吸附在根系外表面。根际过滤主要用于处理被污染的水体。如水生植物浮萍(Le mna m inor )和凤眼莲(Eichhornia crassi pes )可有效吸收、清除水体中的镉、铜和硒。水培的芥菜(B.juncea )根系也能够沉淀水体中的多数金属和放射性元素。

1.5　植物的稳定作用(phyt ostabilizati on )

通过改变土壤的理化条件来抑制其中的污染物,使其发生沉淀或被束缚在腐殖质上,以减小对环境的危害。植物枝叶分泌物和根际分泌物对污染物有固定作用,腐殖质对金属离子具有螯合作用,施加有机肥也可以固定土壤中的多种金属以降低其活性。

1.6　植物挥发作用(phyt ovolatizati on )

通过植物对污染物的吸收和转化作用最终将其挥发到空气中。据报道,白杨树能把他们吸收的T CE 中的90%蒸发到大气中。洋麻(H.cannabinus )可以使土壤中47%的三价硒转化为挥发态的二价硒,从而降低硒的毒性。转基因烟草(N.tabacum )、拟南芥(A.thaliana )和鹅掌楸(L.tuli p ifera )可以将吸收的剧毒甲基汞转化为挥发态的原子汞,通过叶片释放到空气中,从而起到解毒作用。

2　螯合诱导技术在植物修复中的应用

2.1　人工合成螯合剂

人工合成螯合剂主要包括E DT A (乙二胺四乙酸)、HE DT A (羟乙基替二胺三乙酸)、NT A (氨基三乙酸)、EGT A (乙二醇双四乙酸)等。其中E DT A 在螯合诱导植物修复中是效果最好、研究最多的一种化学物质。

Gre man [2]曾采用土柱生长实验研究了E DT A 和EDDS 对油菜(B rassica rapa )吸收铅的影响,结果表明,施加了EDT A 和EDDS 的植株比对照组的吸收量分别增加了158和89倍,EDT A 与EDDS 相比,E DDS 对植物与土壤微生物的毒性更小。王激清[3]

等研究结果表明,EDT A 可以增加印度芥菜和油菜的地上部对镉的吸收量,同时也提高了土壤中镉的净化率。还有实验证明,在铅含量为600mg/kg 的污染土壤中添加了E DT A 后,芥菜(B.juncea )根部累积的铅达到1.5%,而未添加EDT A 的植物的根中铅的累积量仅为<0.01%。

Hong Chen 等[4]对比了向日葵(Helianthus annuus )在添加了E DT A 和HE DT A 后,植物枝叶中镉和镍的含量

变化,结果显示,0.5mg/kg 的E DT A 和HEDT A 能显著提高植物体内镍的含量。1996年,Edens pace 公司成功地利用芥菜(B.juncea )与E DT A 结合修复了一块铅污染的土地,使表层土壤含铅量从2300mg /kg 下降到420mg/kg;在15～30c m 中土壤含铅量从1280mg/kg 下降到992mg/kg 。

2.2　天然螯合剂天然螯合剂主要包括一些低分子量的有机酸(如柠檬酸、苹果酸、酒石酸等)和无机化合物(如硫氰化合物等)。虽然天然螯合剂不如EDT A 等人工合成螯合剂的研究多,但却是非常有发展前景的一类螯合剂。研究者们通过实验发现,在使用人工螯合剂进行污染环境修复的同时,留下了更严重的隐患。人工螯合剂残留期长,不容易降解,而且在添加螯合剂后会加速土壤中重金属的迁徙,扩大污染区域,对环境造成二次污染。所以开发出安全、经济、有效的天然螯合剂是目前此领域研究的重点。经过研究,现在已经取得了一些成果,

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