超积累植物吸收重金属机理的研究进展
超积累植物吸收重金属机理的研究进展①
孙 波 骆永明
(中国科学院南京土壤研究所 南京 210008)
摘 要 综述了近十年来研究超积累植物吸收和储藏重金属的机理以及影响超积累植物吸收重金属的根际环境因素的进展,以期推动国内在这一国际热点领域的研究。
关键词 重金属;超积累植物;吸收;根际
重金属污染及其治理是当前环境科学研究中的一个重点。在农业生产中,除了由于开矿、冶炼等引起的重金属污染外,某些地区长期施用含重金属的污泥作为有机肥,也会导致土壤中重金属的积累,从而引起土壤质量的退化。目前对重金属的研究主要包括两个方面:重金属引起的各种退化过程、机理及重金属污染土壤的化学和生物学修复。在前一个方面,目前十分重视重金属对农业土壤微生物及微生物学过程毒性的研究,因为重金属污染在导致对生长的动植物产生毒性之前已经表现出对土壤生物学的影响。虽然这方面的实验室模拟研究数量较多,但只有长期的田间定位试验才能揭示重金属的长期积累效应,从而为保护土壤资源质量的立法提供重金属的安全负荷标准,G iller等〔1〕对此作了很好的综述。在后一个方面,80年代起对低成本的生物治理技术(phytoremediation)的研究日益增加,其中关于超积累植物(hyperac2 cumulator)对各种重金属的生物提取作用已有全面的综述〔2〕。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,超积累植物积累的Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量一般在0.1%以上,积累的Mn、Zn含量一般在1%以上〔3〕。目前已发现400多种超积累植物,因此利用超积累植物治理土壤重金属污染的现实可能性不断增加。而应用这种生物治理技术需要明确超积累植物吸收和储藏重金属的机理,以及各种根际条件对吸收重金属过程的影响,本文对近十年来国际上在这一领域研究进展进行了综述,以期推动国内在这一国际热点领域的研究。
1 超积累植物吸收重金属的过程
1.1 根系吸收重金属的过程
超积累植物可以活化土壤中不溶态的重金属。根袋(rhizobag)试验表明〔4〕,土壤中可移动态Zn含量的下降占超积累植物T.caerulescens吸收Zn总量中的不到10%,说明T. caerulescens可以将土壤中的Zn从不溶态转化为可移动态。
植物的根系可以分泌质子,从而促进了植物对土壤中元素的活化和吸收。种植T. caerulescen和非超积累植物T.ochroleucum后,根际土壤中可移动态Zn含量均较非根际土壤
①国家自然科学基金资助项目(49831042和49831070)
高,这可能与根际土壤中p H较低有关,在试验结束时,根际土壤p H较非根际土壤低0.2～0.4,但两种植物对根际土壤的酸化程度没有显著差异〔4〕。Bernal等〔5〕对Ni超积累植物 A. m urale和萝卜的对比研究表明,两者根际土壤p H的变化方式相似,主要与阴阳离子的吸收有关,而与重金属的含量无关;N肥形态是影响根际土壤p H的重要因子,而根际土壤氧化还原电位受N肥种类和重金属含量的双重影响;根际土壤p H的降低和根系释放还原物质不是A.m urale积累重金属的主要机制,因为A.m urale根系在这两个方面的能力均低于萝卜根系。
Lasat等〔6〕发现T.caerulescens与非超积累植物T.arvense根系对Zn2+的吸收具有相似的米氏常数(K m),但两者的最大吸收速率(V max)分别为0.27和0.06μmol g21h21,前者是后者的4.5倍,说明T.caerulescens在根细胞膜中具有更多的运输位点,根系从土壤溶液中吸收Zn的能力更强。两种植物对Zn的吸收动力学分为两个阶段,开始是快速的线性动力学阶段,与根细胞壁吸附Zn有关;随后是较缓慢的饱和吸附阶段,与Zn穿过根细胞原生质膜有关。
Pi eros〔7〕等利用Cd选择性微电极研究了Cd在T.caerulescens和T.arvense(生长2～3周)根中的迁移,结果发现两者根中Cd的流动方式和流量大小没有明显差异,他们认为两者对Cd吸收量的差异需要较长的时间才能表现出来。
一些学者曾提出超积累植物从根系分泌特殊有机物,从而促进了土壤重金属的溶解和根系的吸收,或者超积累植物的根毛直接从土壤颗粒上交换吸附重金属,但目前还没有研究证实这些假说。
1.2 重金属从根系转运到地上部的过程
与非超积累植物相比,T.caerulescens吸收Zn并将其从根部转移到地上部的能力明显较高〔8,9〕,在中度污染的土壤中,T.caerulescens积累的Zn数量是T.ochrolecum的2.5～5.5倍,是萝卜的24～60倍〔4〕,T.ochrolecum的根中积累的Zn仅有32%转移到地上部〔8〕。
T.caerulescens的木质部汁液中Zn的浓度大约是T.ochrolecum的5倍〔10〕,说明前者在根中积累的能力比转移到地上部的能力更强。利用65Zn的通量试验发现,T.caerulescens与T.arvense两者根的细胞壁和细胞质中储藏的65Zn2+的比例相似,其流出速率(半衰期,t1/2)也相近;但T.arvense在根液泡中储藏的65Zn2+的比例(12%)是T.caerulesvens(5%)的2.4倍,其流出速率(t1/2为260分钟)却比后者(t1/2为150分钟)慢了近1倍。在低Zn浓度(10μmol L21)时,两者叶片的原生质中积累的Zn数量相同,而高Zn浓度(1mmol L21)时,前者积累的数量有增加趋势〔10,11〕。总体上看,T.caerulescens在吸收Zn过程中,Zn穿透根和叶细胞中原生质膜的速率较非超积累植物高,但目前还没有对T.caerulescens中Zn穿过液泡膜的过程进行研究。
2 超积累植物体内的有机物对重金属离子的敖虫合
超积累植物体内的有机酸可降低重金属的毒性,促进重金属的运输。Ni超积累植物 A. serpyllif oli um中有机酸的含量比其他植物中要高〔12〕。Homer等〔13〕利用凝胶色谱、离子交换色谱、高电压电泳以及气相色谱—质谱对超积累植物D.gelonioi des的提取物进行了分析,发现其中含18%的Ni、24%的柠檬酸和43%的苹果酸(三者摩尔比为1∶0.4∶1),酒石酸的含量
极低,植物体内的Ni主要是和柠檬酸络合。在高浓度Ni(300μmol L21)培养时,A.L esbiacum 的木质部汁液中组氨酸含量明显提高,而在非超积累植物A.montanum中其含量没有变化;当在培养液中添加组氨酸时,A.montanum耐Ni能力增强,而且Ni从根部向地上部运输的数量增加〔14〕。
虽然T.ochroleucum的地上部中含与T.caerulescens相似数量的苹果酸,但并不具备对Zn的超量积累和耐毒性能力,而且苹果酸与Zn的亲和力较低(络合常数p K=3.5);柠檬酸与Zn的亲和力较苹果酸高(p K=6.1),但其含量在T.caerulescens中很低;此外,Zn处理对两种植物地上部中的苹果酸和柠檬酸浓度没有显著的影响,因此苹果酸和柠檬酸在T. caerulescens中的作用不大〔9〕。
Tolra等〔15〕发现在T.caerulescens的地上部中,苹果酸和草酸浓度间具有显著的正相关,但根中没有出现这种相关性,因而他们认为有机酸的积累是植物体内阴阳离子平衡的结果,而非忍耐重金属毒性的机制。Lasat等〔10〕的试验表明在T.caerulescens中没有特别的有机酸或氨基酸与Zn的转运有显著的相关性,虽然在T.caerulescens的木质部汁液中醋酸和谷氨酸含量明显较T.arvense的高,但醋酸与Zn的亲和力很低,而且在培养介质中加入4mmol L21的醋酸和500μmol L21的谷氨酸均没有增加两种植物中Zn的积累。Salt等〔16〕利用x射线吸收光谱的最新研究表明,在T.caerulescens的根中Zn主要与组氨酸络合(占70%),其次吸附在细胞壁上(占30%);在木质部汁液中Zn主要以水合阳离子形态运输(占79%),其余的是柠檬酸络合态;在地上部中38%的Zn与柠檬酸络合,其次是自由态水合离子(26%),组氨酸络合态占16%。
Vázquez等〔17〕分析了T.caerulescens的组织成分,认为Zn与肌醇六磷酸的络合物不是Zn的主要储藏形态,他们发现在液泡中Zn可能以球状结晶形态沉积,但这有可能是由于在发射电子显微镜的分析过程中细胞组织脱水引起的人为产物。Zhao等〔18〕的水培试验结果表明,在T.caerulescens地上部吸收的Zn>5gkg-1干重时,其吸收的Zn中有80%以上是水溶态;在T.caerulescens地上部积累的Zn>20gkg-1干重时,其吸收的P随Zn积累量的增加而显著降低;地上部不溶态Zn和不溶态P间的线性回归斜率为0.07,比Zn3(PO4)2、Zn-植酸和Zn2-植酸的P∶Zn比(分别为0.31、0.95和1.43)都小,说明Zn和P的共沉淀不是地上部抗Zn毒性的重要机制;而在根部不溶态Zn和不溶态P间的线性回归斜率为0.3,接近Zn3(PO4)2的P∶Zn比,说明可能在根表面或质外体(apoplast)中产生沉淀;叶面喷洒磷酸盐溶液后叶中的P转移到根中增加了,但并不提高对Zn毒性的抗性。
3 超积累植物对重金属离子的储存
在Ni超积累植物的叶片中,Ni主要积聚在表皮细胞或绒毛(trichomes)中〔19-21〕。Przy2 bywicz等〔22〕利用动态分析(dynamic analysis)发现S.coronat us中的Ni主要分布在叶片的细胞壁中。Brooks等〔12〕对A.serpyllif oli um的组织进行离心分离,发现72%有Ni分布在液泡中。
在超积累植物S.v ul garis中Cd主要积累在下层表皮细胞中,液泡中储藏Cd可能是其忍耐Cd的机制〔23〕;而在T.caerulescens中Cd主要分布在质外体中,在液泡中分布较少〔24〕。
利用电子探针和X射线微分析对T.caerulescens的观察表明,根中的Zn主要分布在液泡中,在细胞壁中分布较少;而叶片中的Zn主要积累于表皮细胞,特别是亚表皮细胞中;在高浓度Zn处理中,叶片的液泡内Zn的浓度高于质外体;植株的蒸腾作用驱动了Zn在叶片中的运输,然后积聚在近轴表皮细胞壁的质外体中〔17,24〕。Küpper等〔25〕利用能量分散X射线微分析法(energy-dispersive x-ray microanalysis)和单细胞液提法(single-cell sap extraction),发现在T.caerulescens的成熟叶片中Zn主要积累在表皮细胞中,而在叶绿素细胞中Zn的含量很低(表皮细胞液中Zn的含量比叶绿素细胞液中高5—6.5倍);估计在成熟叶片中约有60%的Zn积累在表皮细胞的液泡中;在表皮细胞中细胞大小与Zn含量的相关性较Ca高,说明较大的表皮细胞积累更多的Zn;表皮细胞中的液泡化(vacuolation)可能是其优先积累Zn的驱动力。
4 超积累植物吸收重金属的分子生物学机制
超积累植物对重金属的超量吸收可能是由多基因(包括吸收和忍耐两个方面)控制的过程。Lasat等〔11〕分离了T.caerulescens根和叶中的mRNA,然后克隆和筛选出Zn载体基因ZN T1,在单细胞酵母细胞中表达后,利用65Zn2+的通量试验测得其吸收65Zn2+的K m与T. caerulescens根的K m相似。经序列分析发现ZN T1与其他微量元素载体基因同源,其氨基酸序列与ZR T1(酵母中的高Zn亲和力载体基因)〔26〕有36%的相似性,与IR T1(Arabidopsis中的Fe载体基因)〔27〕有88%的相似性。T.caerulescens之所以能超量积累Zn,其原因就是无论植株体内Zn含量处于何种状况,Zn载体基因均能高度表达。
目前对超积累植物忍耐重金属的基因研究很少,在普通植物已发现含金属基因(metal2 lothineins,M T)以及植物络合物(phytochelatins,PC)是重要的络合重金属的肽,在 A. thaliana中M T2mRNA的表达水平与其耐Cu能力之间相关性极强〔30〕;Evans等〔29〕将豌豆中基因(PsM T A)克隆到A.thalliana和E.Coli中,发现植株对Cu的积累增加,但对Zn和Cd 的积累没有影响。Schat和Vooijs〔30〕发现S.v ul garis对Cu、Zn、Cd的耐性没有多效性基因控制,而对Ni和Co的耐性具有多效性,与耐Zn的等位基因具有相同的特殊位。
5 影响超积累植物吸收重金属的因素
5.1 土壤中重金属含量
对欧洲西部和地中海地区甘蓝科中Zn和Ni超积累植物的研究表明,T.caerulescens地上部中Zn含量与土壤全Zn含量之间没有显著相关性〔31〕,但与土壤中可提取Zn的含量呈显著相关〔32〕;在Ni超积累植物中,地上部Ni含量随土壤中全Ni含量的增加而增加〔31〕。
5.2 土壤p H
Brown等〔8〕发现,降低施用污泥土壤的p H促进T.caerulescens、S.v ul garis和莴苣的地上部对Mn的吸收量,在后两个非超积累植物中促进了对Cd和Zn的吸收。Bernal和Mc Grath〔33〕通过水培试验证明p H影响了Ni超积累植物 A.m urale根系释放质子和植株的生长。当水培介质p H由7.0降低到6.0时,A.m urale的生长和分泌质子的过程随p H的降低而停止,而萝卜在p H降低到5.5时才停止,但两者分泌质子数量之间的差异较小,不足以证
明根际p H降低是A.m urale溶解重金属的机制。
5.3 土壤CO2分压
土壤溶液化学受土壤CO2分压(pCO2)的影响。David和Vance〔34〕发现用富含CO2的水淋溶土柱时,土壤溶液中可溶性元素的含量增加;Luxmore等〔35〕报道增加空气中CO2的浓度后,松树幼苗的针叶中Zn的吸收量增加。根据Hamon等(IACR-Rothamsted,U K)未发表的资料,当大气CO2的浓度提高一倍(从350ml L21增加到700ml L21)后,在施用含重金属污染的土壤溶液中,pCO2增加,p H降低。可溶性Cd和Zn的浓度也增加一倍,在植物叶片中Cd和Zn的浓度也显著增加。
5.4 土壤水分条件
淹水影响土壤的p H和氧化还原条件。湿地中微量和有毒金属元素的移动性较旱地条件下高〔36〕;在施用污染的土壤中,淹水(厌氧)条件下普通植物对土壤中重金属的吸收较非淹水条件下的低〔37〕。Ye等〔38〕发现在施用Pb/Zn尾矿的土壤中,与干旱条件相比。淹水条件下P.aust ralis的生物量降低,但对Zn、Pb、Cu的吸收量明显增加。一些能在受金属污染的土壤中生长的湿地植物往往在根的表面形成铁膜(iron plaque),但Ye等〔39〕的研究表明淹水条件下P.aust ralis根上形成的铁膜并不影响Zn、Pb、Cd在幼苗体内的转运,Pb和Cd在地上部积累量较Zn低的原因是根组织自身的障碍而非根表面铁膜的障碍。
5.5 土壤元素的拮抗作用
G abbrielli等〔40〕发现在Ni超积累植物A.bertolonii中,Zn、Co和Ni具有相同的吸收/转运系统,因此土壤中的Zn和Co对Ni的吸收和积累有竞争作用。当营养液中不加Zn、Ni、Cd 时,水培试验中A.m urale地上部的Co含量增加〔33〕。Ni超积累植物T.montanun中吸收的Ni量与吸收的Zn和Fe量呈负相关〔41〕,其他的Ni超积累植物中也存在Zn和Ni的拮抗作用〔42〕;而某些二价离子可促进重金属的吸收,如添加Ca可以促进B.coddii对Ni的吸收〔41〕。
5.6 土壤有机质
土壤有机质的矿化可以提高土壤中重金属的活性,从而更容易被植物吸收。Hyun〔43〕等利用田间的长期试验研究了施用不同数量污泥的土壤中,土壤有机质分解对Cd生物活性的影响。研究结果表明,在停止施用污泥后的10年中,土壤有机碳含量减少了40%,但可溶性Cd含量并没有明显降低;而继续施用污泥时,土壤有机碳和可溶性Cd含量继续增加。在所有处理中,土壤可溶性Cd含量和有机碳含量之间呈显著的线性相关关系,而植物(瑞士甜菜)中Cd的含量与土壤可溶性Cd含量之间的线性相关也达到显著水平。
5.7 化学溶剂
在重金属污染的土壤中加入有机溶剂可促进土壤中重金属的溶解、增加植物对重金属的吸收。Eiliot等〔44〕的研究表明ED TA/Pb的摩尔比在1.5～2.5时,ED TA对土壤中Pb的溶解率最大;土壤p H在5～9时,加入单价电解质如Na、Li和N H4可促进ED TA对Pb的淋失;加入二价电解质如Ca和Mg,在酸性条件下促进了ED TA对Pb的溶解,但在较高的p H条件下其作用相反〔45〕。Peters和Shem〔46〕发现ED TA提取Pb的效果受p H的影响很大,而与加入量(0.01～0.10mol L-1)无关。Papassiopi等〔47〕对石灰性土壤的研究表明,ED TA的浓度从0.025mol L-1增加到0.25mol L-1时,Pb的淋失量增加;Na4-ED TA对土壤Pb的溶解性能较
Na 2-ED TA 低;土壤中的Ca 含量影响了ED TA 的溶解能力,因为土壤中方解石的溶解消耗了90%的活性ED TA 。
Kedziorek 〔48〕利用模拟土柱试验研究了ED TA 对Pb 和Cr 的溶解能力,通过溴化物作指
示剂确定流体动力学参数,在对流一扩散方程的基础上建立了金属的迁移的预测模型:
9C EM 9t =αu 92C EM 9x 2
-u 92C EM 9x -KC E C M C Mi 式中C 是液相溴化物浓度,D 是纵向流体动力学扩散系数。u 是孔隙速率,K 是溶解的动力学系数,C Mi 是试验开始时单位体积土壤中金属的摩尔数。试验测得Cd 和Pb 的K 值分别为2.4×10-6和2.1×10-6秒-1。
在Pb 污染的土壤中,加入HED TA 可以提高不同植物对Pb 的吸收量〔49〕。Huang 等〔
50〕研究了不同浓度的有机酸、无机酸及其盐类对污染土壤中U 的溶解以及植物吸收U 数量的影响,结果表明柠檬酸的作用最强,施用20mmol/kg 柠檬酸后,土壤溶液中U 含量从1.2mg kg -1增加到240mg kg -1,B.chi nensis 在U 污染土壤(全U 含量为750mg kg -1)中吸收的U 从低于5mg kg -1增加到高于5000mg kg -1;柠檬酸浓度从10增加到20mmol kg -1时,B.chi 2nensis 中积累的U 量增加了5倍,浓度低于10mmol kg -1时增量较小;柠檬酸促进土壤U 溶解的驱动力主要是络合作用,与土壤p H 降低的关系较小。
目前,国内对超积累植物吸收重金属的研究尚处于起步阶段,因此首要任务是进行全国超积累植物资源的调查,收集和筛选,研究超积累植物的分布,建立超积累植物的数据库。在此基础上,以建立重金属污染土壤的综合生物治理措施为目标,进行多学科的合作,采用先进的分析仪器和技术深入研究超积累植物吸收重金属的机制。在土壤化学方面需要加强研究根际环境中超积累植物吸收高浓度条件下各种重金属的动力学过程及其影响因子;在植物生理学方面需要阐明重金属在植物体内的运输方式、途径及其储藏机制;在分子生物学方面需要从超积累植物中分离重金属的载体和耐性基因,并克隆到生物量更高的植物体内。同时,酝酿实现该项绿色修复净化技术的开发和转让,使污染土壤肥力和生态功能恢复重建和土壤资源持续利用。
参 考 文 献
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重金属超积累植物研究
重金属超积累植物研究 10化41 10234027 汪杉椿 摘要：土壤重金属污染是当前面临的一个重大环境问题，而土壤重金属污染的植物修复尤其是超积累植物的应用是治理污染土壤的重要手段之一。本文主要就重金属超累积植物的概念与选择标准，及其超累积的机理和在生态修复中的应用问题与前景进行综述。 关键词：重金属；超积累植物；植物修复 中国矿产资源蕴藏量丰富，分布遍及全国，随着铅锌矿的累年开发，矿渣、矿区废水不断污染周围农田。此外各种工业废水和废气的排放及农田污泥的施用都造成农田土壤的重金属污染。植物修复技术作为一种新兴的绿色生物技术，能在不破坏生态环境，保持土壤结构和微生物活性的状况下，通过植物的根系直接将污染元素吸收，从土壤中带走，从而修复被污染的土壤。 1 . 金属超累积植物 1.1重金属超累积植物的概念及选择标准 重金属超累积植物是指对重金属的吸收量较大，并能将其运移贮藏到地上部，且地上部重金属含量显著高于根部的植物，这类植物地上部的重金属含量是常规植物的10一500倍。 超累积植物吸收修复被重金属污染土壤的综合指标是净化率，即植物地上部吸收某种重金属的量与土壤中此种重金属总量的百分比。超累积植物一般对某种元素是专一的，但是某些植物也能同时超累积两种或多种植物。 理想的重金属超积累植物一般具有以下特征：(1)可以耐受高水平的重金属；(2)地上部超量积累某种或几种重金属时，不影响植物的正常生长，通常超出普通植物的100倍以上，比如超积累植物积累的Cd含量可达100Lg/g(干重)以上，Co、Ni、Cu、Pb达1 mg/g以上，而Mn、Zn达10 mg/g以上；(3)生长迅速；(4)生物量大；(5)根系发达。超积累植物可以用于环境污染的植物修复、
浅谈植物对土壤中重金属的吸附..
浅谈植物对土壤中重金属的吸附摘要：针对中国土壤中重金属污染加剧的趋势，为提高人们对土壤重金属污染的认 识，和人们对土壤中重金属污染的重视，特简要介绍相关情况。本文从土壤重金属 污染现状概况、植物对土壤重金属的吸收、影响植物吸收土壤中重金属的因素三个 方面介绍。并对植物修复土壤中重金属污染的理论提出展望。 关键词土壤；重金属；植物；吸收 Introduction to Plant for the Adsorption of Heavy Metals in Soil Abstract：With the soil pollution of heavy metals getting worse and worse,In order to improve people's knowledge on the soil heavy metal pollution,and the importance of heavy metal pollution in soil,so introduce something about heany metal pollution.This studies about soil heavy metal pollution status、the absorption of heavy metals from soil、the factors affecting plant absorption of heavy metals in soil. The prospect of the theory of phytoremediation of heavy metal pollution in soil is also proposed. Key words:soil;heavy metal;plant;absorption 引言 土壤是环境要素的重要组成部分，它不仅是农业生产的基础，而且还是人类环境的重要组成部分。它处于自然环境的中心位置，承担着环境中大约90%的来自各方面的污染物。然而，局部地球化学作用或者人为活动的强烈作用，尤其是近年来由于城市和工业的迅速发展，工业废弃物、城市固体废弃物、农业灌溉水污染、肥料和农药的施用，和城市污水处理厂污泥及大气污染的沉降，污染已从城市向周围蔓延。 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加入到土壤中，致使土壤中的重金属含量过高，并造成生态环境恶化的现象，土壤中的一些重金属元素在低浓度时，对植物而言是必须元素，但有些重金属元素在过量时就会对植物物产生毒害作用，如锌、铜、铬、镍、镉、汞、砷、铅等。 在我国，土壤重金属污染主要来自采矿、冶炼、电镀、化工、电子、制革、染料等工业生产的三废以及污灌、农药、化肥的不合理施用等。重金属在土壤中积累到一定限度就会对土壤一植物系统产生毒害，并可能通过接触食物链直接或间接地对人体健康产生严重危害。
重金属超富集植物筛选研究进展
农业环境科学学报2005,24(增刊):330-335 J ournal of A gro-Env iron m ent Science 重金属超富集植物筛选研究进展 常青山,马祥庆 (福建农林大学林学院,福建 福州 350002) 摘要:综述超富集植物富集重金属的机制、重金属超富集植物筛选研究现状以及螯合诱导技术和基因技术在重金属超富集植物筛选中的应用,针对重金属污染植物修复技术和重金属超富集植物筛选研究中存在的问题,提出了今后应加强的研究工作。 关键词:重金属污染;植物修复技术;超富集植物;螯合诱导技术;基因技术 中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:1672-2043(2005)增刊-0330-06 Advances i n t he R esearch of Selecting Hyperaccum ulator C HANG Q i ng-shan,MA X i ang-q i ng (Co llege of Forestry,F uji an A g ricu lt ure and F orestry U niversity,Fuzhou350002,Ch i na) Abstrac t:H eavy m eta l po lluti on has become a ser i ous prob le m wh ich is urgent to be so l ved in the w orld.Phytore m ediati on m ay offer a feasi b l e so l uti on to t h is prob l e m as it is safe and cheap co m pa red to traditi onal rem ed i ation techno logy.H ow ever, there are diffi culties i n extensi on of t h is techn i que for its disadvantage such as a lo w bio m ass producti on and so on.So it i s ur-gent t o look for t he suitable hyperaccumu l ato rs w it h h i gh b i omass i n t he field.I mprove m ent o f plants by genetic eng i neer i ng and app licati on o f che l a t o rs to so il a re also feas i ble and effecti ve approach to i ncrease e fficiency o f phy t o rem ed i ation.T he concept o f phy t o rem ed i ation and hype raccu mu l a t o r,the research advances in mechan i s m s of hyperaccu m l a tor,se l ec ti on o f hyperaccu m ula-tors,g ene techn i que and che l a te-enhanced phytore m diati on f o r hype raccumu l a t o rs selecti on are rev i ew ed.T he prob l ems and the fut ure study directi ons in the phyto remed i ation research field are put f o r w ard.In order to enhance bio m ass and accu m ulati on capacity o f hype raccu mu l a tor,it becom esm ore i m portant to i m prove the e ffect o f phy tore m ed iati on si nce so m e hyperaccu m ula-tors grow i ng slo w l y.G ene techno l ogy m ay br i ng the breakthrough for phyto re m ediation technique,som e adv ises on g ene tech-nology i n the future a re suggested i n th i s pape r. K eywords:heavy m etals po ll u ti on;phytore m ediati on;hyperaccu m ulator;che l ate-induced phyto remed i ation;g ene techno l ogy 0重金属污染由于其难降解性、易于积累且滞留时间长等特点而成为环境污染治理中的一个棘手难题,而且重金属污染可通过食物链危害人类健康,日本的水俣病(H g中毒)和骨痛病(Cd中毒)即是典型例证。目前基于机械物理或物理化学原理的传统重金属污染治理方法如土壤冲洗、热处理及电动修复等因成本高、效率低,而且会破坏土壤结构、导致 二次污染 等原因,难以大面积应用。 收稿日期:2005-02-04 基金项目:福建省科技厅重大科学基金资助项目(2003I004) 作者简介:常青山(1979 ),男,河南林州人,硕士,主要从事重金属污染修复方面的研究。 联系人:马庆祥,E-m a il:m xq@pub li c.fz. f.j cn 在这种背景下,对环境扰动少、成本低且能大面积推广应用的重金属污染植物修复技术应运而生。目前国内外众多学者对重金属污染植物修复技术进行了大量研究,特别是对重金属的超富集植物筛选及其富集机理进行了较深入研究。本文分别从植物修复技术的概念、重金属超富集植物的特征及其富集机制、螯合诱导技术和基因技术在重金属超富集植物筛选中的应用等方面综述了国内外的研究进展,并在此基础上归纳了当前研究中存在的问题,展望了今后发展趋势。 1重金属污染植物修复技术的概念 广义的植物修复技术包括利用植物修复土壤、空
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
土壤修复常用富集重金属的植物介绍
与普通植物相比，学术界认为，超富集植物一般应具备4个基本特征：首先，临界含量特征，即植物地上部如茎或叶重金属含量应达到一定的临界含量标准，如锌、锰为10 000毫克/千克；铅、铜、镍、钴、砷均为1 000毫克/千克；镉为100毫克/千克；金为1毫克/千克。其次，转移特征，即植物地上部重金属含量大于根部重金属含量。第三，耐性特征，即植物对重金属具有较强的耐性。其中对于人为控制试验条件下的植物来说，是指试验中与对照相比，植物茎、叶、籽、实等地上部分的干重没有下降。对于在自然污染状态下生长的植物来说，是指植物的生长从长相来看没有表现出明显的毒害症状。第四，富集系数特征，即植物地上部富集系数（定义：指某种元素或化合物在生物体内的浓度与其在的环境中的浓度的比值）大于1。一般来讲，植物体内重金属含量随土壤中含量的增加而提高。 世界上已发现超富集或具有超富集性质的植物多达几百种，涉及十字花科、凤尾蕨科、菊科、景天科、商陆科、堇菜科、禾本科、豆科、大戟科等。在我国，科研人员已经发现了蜈蚣草、东南景天、龙葵、宝山堇菜、商陆、圆锥南芥、李氏禾等砷、锌、镉、锰、铅、铬等超富集植物， 转移系数（translocation factor）是地上部元素的含量与地下部同种元素含量的比值，即：转运系数﹦地上部植物中元素含量／地下部植物中元素含量。用来评价植物将重金属从地下向地上的运输和富集能力。转移系数越大，则重金属从根系向地上器官转运能力越强 。 滇白前 调查，表明其地上部中含Zn、Pb 和Cd 平均为（11 043±3 537）、（1 546±1 044）和（391±196）mg·kg -1 ，富集系数（地上部和土壤金属质量分数之比）分别为0.35、0.08 和1.05，转运系数（地上部和根中金属质量分数之比）均超过1，均值分别为8.21、3.90 和8.36。野外调查数据表明，滇白前是一种Pb/Zn/Cd 共超富集植物。滇白前对Zn、Pb 富集系数小于1，主要是由于其对应土壤中Zn、Pb 质量分数太高（平均分别为（45 778±32 819）、（22 512±13 613）mg·kg -1 ）所致。 李氏禾 李氏禾(Leersia Hexandra Swartz)是中国境内发现的第一种铬超富集植物.通过水培实验,评价了李氏禾对水中Cr、Cu、Ni的去除潜力.结果表明,李氏禾能够有效去除水体中的Cr、Cu、Ni污染物,重金属初始浓度分别为10和20 mg·L-1的营养液,10 d后Cr浓度降低到原子吸收分光光度法检出限以下,10 d后Cu浓度降低到1.02 mg·L-1和1.25 mg·L-1,20 d后Ni浓度降低到1.10和2.14mg·L-1.收获的植物根、茎、叶中重金属含量均较高,根中重金属含量显著高于茎、叶.单株生物量的比较结果表明,含Cr培养液中生长的李氏禾生物量与对照相比无显著减少(P>0.05),含Cu、Ni营养液中生长的李氏禾生物量均显著低于对照(P<0.05),表明李氏禾对Cr的耐性强于Cu和Ni.李氏禾适宜于湿生环境中生长,能对多种重金属产生大量富集,对Cr、Cu、Ni等重金属污染水体的修复表现出较强的潜力. 宝山堇菜
超积累植物吸收重金属机理的研究进展
超积累植物吸收重金属机理的研究进展① 孙 波 骆永明 (中国科学院南京土壤研究所 南京 210008) 摘 要 综述了近十年来研究超积累植物吸收和储藏重金属的机理以及影响超积累植物吸收重金属的根际环境因素的进展,以期推动国内在这一国际热点领域的研究。 关键词 重金属;超积累植物;吸收;根际 重金属污染及其治理是当前环境科学研究中的一个重点。在农业生产中,除了由于开矿、冶炼等引起的重金属污染外,某些地区长期施用含重金属的污泥作为有机肥,也会导致土壤中重金属的积累,从而引起土壤质量的退化。目前对重金属的研究主要包括两个方面:重金属引起的各种退化过程、机理及重金属污染土壤的化学和生物学修复。在前一个方面,目前十分重视重金属对农业土壤微生物及微生物学过程毒性的研究,因为重金属污染在导致对生长的动植物产生毒性之前已经表现出对土壤生物学的影响。虽然这方面的实验室模拟研究数量较多,但只有长期的田间定位试验才能揭示重金属的长期积累效应,从而为保护土壤资源质量的立法提供重金属的安全负荷标准,G iller等〔1〕对此作了很好的综述。在后一个方面,80年代起对低成本的生物治理技术(phytoremediation)的研究日益增加,其中关于超积累植物(hyperac2 cumulator)对各种重金属的生物提取作用已有全面的综述〔2〕。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,超积累植物积累的Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量一般在0.1%以上,积累的Mn、Zn含量一般在1%以上〔3〕。目前已发现400多种超积累植物,因此利用超积累植物治理土壤重金属污染的现实可能性不断增加。而应用这种生物治理技术需要明确超积累植物吸收和储藏重金属的机理,以及各种根际条件对吸收重金属过程的影响,本文对近十年来国际上在这一领域研究进展进行了综述,以期推动国内在这一国际热点领域的研究。 1 超积累植物吸收重金属的过程 1.1 根系吸收重金属的过程 超积累植物可以活化土壤中不溶态的重金属。根袋(rhizobag)试验表明〔4〕,土壤中可移动态Zn含量的下降占超积累植物T.caerulescens吸收Zn总量中的不到10%,说明T. caerulescens可以将土壤中的Zn从不溶态转化为可移动态。 植物的根系可以分泌质子,从而促进了植物对土壤中元素的活化和吸收。种植T. caerulescen和非超积累植物T.ochroleucum后,根际土壤中可移动态Zn含量均较非根际土壤 ①国家自然科学基金资助项目(49831042和49831070)
重金属污染物的传播特征
重金属污染来源、分布、治理方法 摘要：文章阐明了重金属污染物来源与分布，同时对国内外土壤重金属污染治理的研究工作做了系统的综述，提出了土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法，利用环境矿物材料治理土壤重金属污染物的方法，具有成本低、效果好、无二次污染及有用金属可回收利用等优点，展现出广阔的环境矿物学研究与应用前景。并提醒人们要提高土壤质量意识，保护生态环境。 重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。 随着全球经济化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降，并可通过食物链危害人类的健康，也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此引起世界各国的广泛重视。目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni为100万t。中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属污染，如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地；。 南方相对较轻，如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。土壤重金属污染将会造成生态系统的严重破坏。从中国土壤资源状况看，到2000年底中国人均耕地仅为0.1 hm2，而且随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等，土壤资源将进一步减少。因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染，改良土壤质量,将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。 重金属污染原理 重金属，特别是汞、镉、铅、铬等具有显著和生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(即迁移)。重金属污染的特点是：(1)除被悬浮物带走的外，会因吸附沉淀作用而富集于排污口附近的底泥中，成为长期的次生污染源；(2)水中各种无机配位体(氯离子、硫酸离子、氢氧离子等)和有机配位体(腐蚀质等)会与其生成络合物或螯合物，导致重金属有更大的水溶解度而使已进入底泥的重金属又可能重新释放出来；(3)重金属的价态不同，其活性与毒性不同。其形态又随pH和氧化还原条件而转化。(4)在其危害环境方面的特点是：微量浓度即可产生毒性(一般为1～10毫克/升，汞、镉为0.01～0.001毫克/升)；在微生物作用会转化为毒性更强的有机金属化合物(如洋－甲基汞)；可被生物富集，通过食物链进入人体，造成慢性路线。亲硫重金属元素(汞、镉、铅、锌、硒、铜、砷等)与人体组织某些酶的巯基(-SH)有特别大的亲合力，能抑制酶的活性，亲铁元素(铁、镍)可在人体的肾、脾、肝内累积，抑制精氨酶的活性。六价铬可能是蛋白质和核酸的沉淀剂，可抑制细胞内谷胱甘肽还原酶，导致高铁血红蛋白，可能致癌，过量的钒和锰(亲岩元素)则能损害神经系统的机能。 本文主要从土壤中重金属污染物来源与分布、土壤中重金属污染物的现行治理方法入手，提出土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法。旨在保护环境，提高土壤的环境质量。 1 土壤中重金属污染物来源与分布
土壤重金属污染植物修复研究报告现状与发展前景
土壤重金属污染的植物修复研究现状与发展前景①2007-05-27 17:08 土壤重金属污染的植物修复研究现状与发展前景①作者】桑爱云。张黎明。曹启民。夏炜林。王华。【英文作者】 SANG Aiyun1） ZHANG Liming1） CAO Qimin1） XIA Weilin1） WANG Hua2）<1 Tropical Crops Genetic Resources Institute。CATAS。Danzhou。Hainan。 2 College of Agronomy。SCUTA。Hainan 571737）。【作者单位】中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所。华南热带农业大学农学院。海南儋州。【刊名】热带农业科学 , Chinese Journal of Tropical Agriculture, 编辑部邮箱2006年01期 桑爱云1>② 张黎明1> 曹启民1> 夏炜林1> 王华2> (1 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南儋州571737。 2 华南热带农业大学农学院海南儋州571737> 摘要重金属污染是土壤污染中危害极大的一类, 重金属污染的防治及其修复是目前国际上研究的热点之一。综述了土壤重金属污染及其植物修复的方法, 概述了超富集植物的概念、植物修复的机制和方式, 系统阐述植物修复的应用前景和今后的研究方向。关键词重金属污染。植物修复。超富集植物分类号X5 3 Resear ch Advances and Development Prospect of Phytor emediation in Heavy Metal Contamination Soil SANG Aiyun1> ZHANG Liming1> CAO Qimin1> XIA Weilin1> WANG Hua2> (1 Tropical Crops Genetic Resources Institute, CATAS, Danzhou, Hainan 571737。 2 College of Agronomy, SCUTA, Danzhou, Hainan 571737> Abstr act Heavy metal contamination is extremely harmful in soil contamination. It is one of the research priorities in the world to control and remedy heavy metal contamination. Heavy metal contamination in soil and its phytoremediation are reviewed in this paper. At the same time, the definition of hyper-accumulated plants and the mechanism and measures of phytoremediation are described in detail. The perspectives in research and application of phytoremediation were expounded systematically. Keywords heavy metal contamination 。phytoremediation 。hyper-accumulator 热带农业科学CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE 2006 年 2 月第26 卷第 1 期Feb. 2006 Vol.26, No.1 ① 科技基础性工作和社会公益研究专项( 2004DI B3J073> 资助。
生态毒理学 期末试题 带答案
2007级硕士生《生态毒理学》期末试题 （2007年1月3日） 4次作业各占10分（共40分），本次卷面成绩为60分。 多想少写，不需要长篇大论，更不要抄书上的内容，可以用图表的形式。 1.Pollutant与Xinobiotics在概念上有何异同？（10分） 2.影响环境污染物生物可利用性的主要因素？（10分） pH：是影响污染物生物可利用性的主要因素，因为在不同pH条件下污染物尤其是金属污染物的存在形态有很大差异，毒性也有很大差异。 温度：温度每升高十度污染物的毒性都会发生二到四倍的变化，而且温度和毒性成正比关系，因此温度对毒物的生物可利用性有很大影响。 盐度：大部分金属的毒性随盐度的减小而增加。 硬度：和pH一样会影响金属的化学形态。 化学混合物：一种化学物质的存在会影响其他化学物质的形态。 溶解性有机碳：很多金属离子可以和溶解性的有机配体络合，从而改变金属的毒性。 3.重金属污染物和有机污染物在致毒机理上的主要区别？（10分） 首先：金属进入体内的方式主要是通过主动运输；一些脂溶性的有机物进入体内的方式主要是扩散； 其次：金属进入体内会和体内一些化合物结合，抑制相应酶的活性，从而
影响正常的代谢活动；而有机物在体内经过相一和相二反应，产生一定的活性基团，与蛋白质或DNA等生物大分子相结合，从而产生毒性作用。 4.简述生态风险评价与生态毒理学的关系。（10分） 在生态风险评价的每个步骤中都必需有生态毒理学作为其基础，二者密不可分。 首先危害识别：对于一种化学品是否有危害，还得来源于实验，该实验必然是毒理学实验，以其各种毒理学性质作为参照。 其次剂量-反应评价：做出该评价，也必然要以生态毒理学为基础，以实验为基础，获得该污染物的无作用浓度、抑制浓度等大量有用数据，才能对化学品的毒性做出准确评价。 再次暴露评价：暴露评价一般根据一定计算模型来模拟人和环境的暴露，其理论依据是生态毒理学。 最后风险表征：通常汇总上述三步的信息，即上述步骤获得毒理学数据进行分析评价，其评价的理论依据也是生态毒理学的基本原理。 5.设计一个研究方案，评价某种新型农用除草剂对土壤系统的生态风险（不 要求全面，注意基本思路和可操作性）。（20分）
重金属复合污染土壤的超积累植物修复技术
天津师范大学 本科毕业论文（设计）重金属污染土壤的超积累植物修复技术 学院：城市与环境科学学院 学生姓名：陈晓龙 学号：10508122 专业：资源环境与城乡规划管理 年级：2010级 完成日期：2014年4月8日 指导教师：梁培玉
重金属污染土壤的超积累植物修复技术 摘要：近年来，由于工农业的急速发展，导致环境问题日益严重。采矿、冶炼、汽车尾气的排放、工业废水的排放、农业化肥的使用，导致重金属囤积，严重污染土壤，对人类生活已造成了严重危害。重金属污染有别于其他污染，在土壤中重金属无法通过自身特性而降解。由于重金属具的易富集的特性，这导致其很难被降解在环境中。植物修复技术作为一种新兴的绿色技术被重视，并成为国内外研究的热点。本文就国内外目前研究植物修复技术的现状，重点探讨中国在植物修复技术上的发展和植物修复技术目前在国内重金属污染土壤中的应用。 关键词：重金属；土壤污染；超积累植物；植物修复技术； Technology of Hyperaccumulator for Phytoremediation of Soils Contaminated by Heavy Metals Abstract:In recent years, given the rapid development of industry and agriculture, led to increasingly serious environmental problems. Mining, metallurgy, automobile exhaust emissions and industrial wastewater discharges, agricultural fertilizers, leading to accumulation of heavy metals, heavily polluted soil, has caused serious harm to human life. Differ from other organic compound pollution of soil heavy metal pollution, cannot by itself the purification and physicochemical properties or biological degradation. Enrichment of heavy metals, it is difficult to degrade in the environment. Phytoremediation was developed in recent years for removal of heavy metal pollution in soil in green technology. Hyperaccumulators and phytoremediation of heavy metals has become one of the hot fields of academic research at home and abroad. This article on the current status of research on phytoremediation technology at home and abroad, focusing on China's development in this technology and application of phytoremediation in soil contaminated by heavy metals. Keywords:Heavy metal; Soil pollution; Hyperaccumulator; Phytoremediation technology
重金属污染物的传播特征
第39卷第4期2010年8月当代化工C ontem por ar y C hem ical Industr y Vo1.39，No.4August ，2010 土壤中主要重金属污染物 的迁移转化及治理* *收稿日期：2010-06-07 作者简介：房存金（1957-），男，河南商丘人，副教授，1982年毕业于河南师范大学化学系，现从事无机与分析化学教学及化学在农牧业 方面的应用研究，已公开发表论文19篇， 获商丘市科技进步一等奖两项，河南省科技进步三等奖一项，通过河南省科研项目成果鉴定两项。E-mail ：fcjsqzy@https://www.360docs.net/doc/5b17392810.html, 。 由于重金属一般不易随水淋滤，土壤微生物不 能分解，但能吸附于土壤胶体、被土壤微生物和植物所吸收，通过食物链或其它方式转化为毒性更强的物质，对人体健康的危害严重，所以土壤中重金属的污染问题比较突出。重金属在土壤中积累的初期，不容易被人们觉察和关注，属于潜在危害，但土壤一旦被重金属污染，就很难彻底消除。 重金属在土壤中的迁移转化受金属的化学特性、土壤的物理特性、生物特性和环境条件等因素影响。土壤环境中重金属的迁移转化过程分为物理迁移、化学迁移、物理化学迁移和生物迁移。其迁移转化形式复杂多样，是多种形式的错综结合[1-4]。 1土壤中主要重金属污染物的迁移转化 1.1汞的迁移转化 汞是一种对动植物及人体无生物学作用的有毒元素。土壤中汞的重要特点是能以零价(单质汞)形式存在，还有无机化合态汞和有机化合态汞。除甲基汞、HgCl 2、Hg （NO 3）2外， 大多数为难溶化合物。甲基汞和乙基汞的毒性在含汞化合物中最强[5-6]。土壤中汞的迁移转化比较复杂，主要有如下几种途径。1.1.1土壤中汞的氧化-还原 土壤中的汞有三种价态形式：Hg 、Hg 2+和Hg 2+2。汞的3种价态在一定的条件下可以相互转化。二价汞和有机汞在还原条件下的土壤中可以被还原为零价的金属汞。土壤中金属汞的含量甚微，但可从 土壤中挥发进入大气环境，而且会随着土壤温度的 升高，其挥发的速度加快。土壤中的金属汞可被植物的根系和叶片吸收。1.1.2土壤胶体对汞的吸附 土壤中的胶体对汞有强烈的表面吸附（物理吸附）和离子交换吸附作用。从而使汞及其他微量重金属从被污染的水体中转入土壤固相。土壤对汞的吸附还受土壤的pH 值及土壤中汞的浓度影响。当土壤pH 值在1～8的范围内时，其吸附量随着pH 值的增大而逐渐增大；当pH ＞8时，吸附的汞量基本不变。 1.1.3配位体对汞的配合-螯合作用 土壤中配位体与汞的配合-螯合作用对汞的 迁移转化有较大的影响。OH -、 C1-对汞的配合作用可大大提高汞化合物的溶解度。土壤中的腐殖质对汞离子有很强的螯合能力及吸附能力。通过生物小循环及土壤上层腐殖质的形成，并借助腐殖质对汞的螯合及吸附作用，将使土壤中的汞在土壤上层累积。 1.1.4汞的甲基化作用 在土壤中的嫌气细菌的作用下，无机汞化合物可转化为甲基汞（CH 3Hg +）和二甲基汞[（CH 3）2Hg]。当无机汞转化为甲基汞后，随水迁移的能力就会增大。由于二甲基汞[（CH 3）2Hg]的挥发性较强，而被土壤胶体吸附的能力相对较弱，因此二甲基汞较易进行气迁移和水迁移。 汞的甲基化作用还可在非生物的因素作用下进行，只要有甲基给予体，汞就可以被甲基化。 房存金 摘要：介绍了土壤中主要重金属污染物汞、镉、铅、铬、砷在土壤中的主要存在形式、来源、迁移及转化过程。对土壤中主要重金属污染物提出了治理方法。关 键 词：重金属；污染物；治理方法 中图分类号：S 159 文献标识码：A 文章编号：1671-0460（2010）04-0458-03 （商丘职业技术学院，河南商丘176000）
超积累植物吸收重金属机理的研究进展
超积累植物吸收重金属机理的研究进展1 孙波骆永明 (中国科学院南京土壤研究所南京210008) 摘要综述了近十年来研究超积累植物吸收和储藏重金属的机理以及影响超积累植物吸收重金属的根际环境因素的进展,以期推动国内在这一国际热点领域的研究。 关键词重金属;超积累植物;吸收;根际 重金属污染及其治理是当前环境科学研究中的一个重点。在农业生产中,除了由于开矿、冶炼等引起的重金属污染外,某些地区长期施用含重金属的污泥作为有机肥,也会导致土壤中重金属的积累,从而引起土壤质量的退化。目前对重金属的研究主要包括两个方面:重金属引起的各种退化过程、机理及重金属污染土壤的化学和生物学修复。在前一个方面,目前十分重视重金属对农业土壤微生物及微生物学过程毒性的研究,因为重金属污染在导致对生长的动植物产生毒性之前已经表现出对土壤生物学的影响。虽然这方面的实验室模拟研究数量较多,但只有长期的田间定位试验才能揭示重金属的长期积累效应,从而为保护土壤资源质量的立法提供重金属的安全负荷标准,Giller等112对此作了很好的综述。在后一个方面,80年代起对低成本的生物治理技术(phytoremediation)的研究日益增加,其中关于超积累植物(hyperac-cumulator)对各种重金属的生物提取作用已有全面的综述122。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,超积累植物积累的Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量一般在0.1%以上,积累的Mn、Zn含量一般在1%以上132。目前已发现400多种超积累植物,因此利用超积累植物治理土壤重金属污染的现实可能性不断增加。而应用这种生物治理技术需要明确超积累植物吸收和储藏重金属的机理,以及各种根际条件对吸收重金属过程的影响,本文对近十年来国际上在这一领域研究进展进行了综述,以期推动国内在这一国际热点领域的研究。 1超积累植物吸收重金属的过程 1.1根系吸收重金属的过程 超积累植物可以活化土壤中不溶态的重金属。根袋(rhizobag)试验表明142,土壤中可移动态Zn含量的下降占超积累植物T.caer ulescens吸收Zn总量中的不到10%,说明T. caer ulescens可以将土壤中的Zn从不溶态转化为可移动态。 植物的根系可以分泌质子,从而促进了植物对土壤中元素的活化和吸收。种植T. caer ulescen和非超积累植物T.ochr oleucum后,根际土壤中可移动态Zn含量均较非根际土壤 1国家自然科学基金资助项目(49831042和49831070)
重金属传播特征讲解
重金属传播特征 重金属原义是指比重大于 5的金属,包括金、银、铜、铁、铅等,重金属在人体中累积达到一定程度,会造成慢性中毒。对什么是重金属目前尚无严格的定义,化学上跟据金属的密度把金属分成重金属和轻金属,常把密度大于 4.5g/cm3的金属称为重金属。如:金、银、铜、铅、锌、镍、钴、铬、汞、镉等大约 45种。 从环境污染方面所说的重金属是指:汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属。 对人体毒害最大的有 5种:铅、汞、铬、砷、镉。这些重金属在水中不能被分解,人饮用后毒性放大,与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物或无机物。 在领域中,重金属主要是指对生物有明显毒性的金属元素或类金属元素,如汞、镉、铅、铬、锌、铜、钴、镍、锡、砷等,此类污染物不易被微生物降解。 随着全球经济化的迅速发展, 含重金属的污染物通过各种途径进入土壤, 造成土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降, 并可通过食物链危害人类的健康, 也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此引起世界各国的广泛重视。目前, 世界各国土壤存在不同程度的重金属污染,全世界平均每年排放Hg 约 1.5万 t 、 Cu 为 340万 t 、 Pb 为 500万 t 、 Mn 为 1500万 t 、 Ni 为 100万t 。中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属污染, 如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地; 。南方相对较轻,如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。土壤重金属污染将会造成生态系统的严重破坏。从中国土壤资源状况看, 到 2000年底中国人均耕地仅为 0.1 hm2, 而且随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等, 土壤资源将进一步减少。因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染,改良土壤质量 , 将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。 重金属污染原理
超积累植物的研究进展
超积累植物的研究进展 10234033——金颖 摘要综述了近年来研究超积累植物吸收重金属的分子生物学机制和重金属从土壤到根际的过程、对其的活化以及吸收。并对超积累植物进行了合理的展望，以期推动国内在这一国际热点领域的研究。 关键词根际重金属；超积累植物；吸收机理；植物修复 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,超积累植物积累的Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量一般在0.1%以上,积累的Mn、Zn含量一般在1%以上。目前已发现400多种超积累植物,因此利用超积累植物治理土壤重金属污染的现实可能性不断增加。而应用这种生物治理技术需要明确超积累植物吸收和储藏重金属的机理,以及各种根际条件对吸收重金属过程的影响。 采矿、冶炼、金属加工、汽车尾气排放以及农药和化肥的使用、污水污泥的扩散,重金属污染等已对全球环境造成危害。有毒重金属土壤系统污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性,因此,土壤系统中金属特别是有毒重金属的污染与防治,一直是国际上研究的热点和难点。 目前常采用的物理与化学治理技术(如客土法、淋溶法、施用化学改良剂等),不仅费用昂贵、需要特殊仪器设备和专门技术人员,而且大多只能暂时缓解重金属的危害,还可能导致二次污染,不能从根本上解决问题。而利用超积累植物的蓄积、吸收重金属可以取得较好的效果，不会有二次污染。 目前对重金属的研究主要包括两个方面:重金属引起的各种退化过程、机理及重金属污染土壤的化学和生物学修复。 1 超积累植物吸收重金属的过程 1.1 根系吸收重金属的过程 超积累植物可以活化土壤中不溶态的重金属。根袋(rhizobag)试验表明，土壤中可移动态Zn含量的下降占超积累植物T. caerulescens吸收Zn总量中的不到10%，说明T.caerulescens可以将土壤中的Zn从不溶态转化为可移动态。 植物的根系可以分泌质子,从而促进了植物对土壤中元素的活化和吸收。种植T.caerulescen和非超积累植物T.ochroleucum后,根际土壤中可移动态Zn含量均较非根际土壤高,这可能与根际土壤中pH较低有关,在试验结束时,根际土壤pH较非根际土壤低0.2~0.4,但两种植物对根际土壤的酸化程度没有显著差异。 Bernal等对Ni超积累植物A.murale和萝卜的对比研究表明,两者根际土壤pH的变化方式相似,主要与阴阳离子的吸收有关,而与重金属的含量无关;N肥形态是影响根际土壤pH 的重要因子,而根际土壤氧化还原电位受N肥种类和重金属含量的双重影响;根际土壤pH的降低和根系释放还原物质不是A. murale积累重金属的主要机制,因为A. murale根系在这两个方面的能力均低于萝卜根系。 Piìeros等利用Cd选择性微电极研究了Cd在T.caerulescens和T.arvense(生长2~3周)根中的迁移,结果发现两者根中Cd的流动方式和流量大小没有明显差异,他们认为两者对Cd吸收量的差异需要较长的时间才能表现出来。一些学者曾提出超积累植物从根系分泌特殊有机物,从而促进了土壤重金属的溶解和根系的吸收,或者超积累植物的根毛直接从土壤颗粒上交换吸附重金属,但目前还没有研究证实这些假说。