超富集植物治理重金属污染土壤研究进展_刘小梅

收稿日期 / (**( ) %* ) *( 基金项目： 0&# 项目 , (**%$$&+"*%* ) # - 1 广东省自然科学基金 , *(%**’ 作者简介 / 刘小梅 , %2’& — - ， 女， 湖北人， 在读博士研究生， 从事植物修 复方向的研究。 3 ) 4567/ 76894:6; %&#. <:=
等人也有类似的发现， 其研究指出， 欧洲蕨对 K* 具有很强的超 富集能力，种植在受木材防腐剂 （ 含 K*6# 33K）污染的土壤 （ IJ ・ MJ N B ）中，其叶片最大含 K* 量达 B ??$ O # $%! IJ・ MJ N B ， 生物富集系数可达 B?P 6 O ##P !
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土壤污染是当今面临的一个重要环境问题， 常规的污染土 壤修复方法， 如客土换土法、 淋洗法、 热处理、 固化、 动电修复法 等， 由于其技术要求高或经济成本昂贵、 对土壤结构破坏严重 等原因， 因而大规模推广存在许多问题 _ % ‘ 。超富集植物的发现 和利用， 为土壤修复开辟了新的途径。由于它具有投资和维护 成本低、操作简便、不造成二次污染、具有双重经济效益等特 点， 因而越来越受到各国政府、 科技界和企业界的高度重视和 青睐 _ ( ‘ ， 并广泛应用于土壤、 水体、 污泥的修复处理。 超富集植物 , YMW:K5PP84875=AK - 是能超量吸收重金属并能 将其运移到地上部的植物。通常， 超富集植物的界定主要考虑 以下两个因素： 植物地上部富集的重金属达到一定的量； 植物 地上部的重金属含量高于根部。目前采用较多的是 a5b:K 和 aKAAbL %20# 年提出的参考值，即把植物叶片部分或地上部分 （ 干重 ） 中含 HV 达到 %** 4F・ bF ) % ， 含 HA 、 H8、 T6、 G\ 达到 % *** 4F ・ bF ) % C 含 ]<、 ^< 达到 %* *** 4F・ bF ) % 以上的植物称为超
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。以上证据表明通过液泡将重金属区室化是
植物重金属抗性的重要机制。 其次， 植物必须有能力将某种元素从根系运转到茎叶。通 常情况下， 根内的 21、 34 和 :, 浓度往往比茎叶中的相应元素 但在超富集植物中， 茎叶中的重金属浓度可以超 高 B@ 倍以上， 过根内元素水平， 虽然某种庭芥属 （ W/I). 等 5 B6 7 发现， K(D**/I） 超富集体叶片提取物中 :, 的化学形态主要是由苹果酸和柠檬 酸形成的络合物， 但在木质部伤流物中， 组氨酸络合物可达 :, 总量的 ?@A ，伤流物中几乎所有的组氨酸与 :, 形成络合态， 而在营养液中加入组氨酸时显然可以增加非超富集植物 K(D**/I I=1H)./I 对 :, 的抗性及由根部向地上部分的转运。 再次， 超富集植物对重金属的高需求性。如 [.=\1 等 5 $@ 7 发 现了对某种金属有耐性的超富集植物本身相对于非超富集体 需要更高的金属离子浓度才能正常生长， 普遍认为， 超富集植 物的耐性由植物本身不同的生理机制所控制。络合作用是指 重金属离子与植物中对重金属具有高亲和力的大分子结合形 成螯合物 C 可使土壤中自由重金属离子的浓度降低 C 从而降低 重金属毒性。目前在植物中发现两种主要的重金属结合肽C 即 金 属 硫 蛋 白 ; >0H)((=H’,10,1C 简 称 >& < 和 植 物 络 合 素 ; 8’DH=-’0()H,=1C 简称 83 < 。 多种重金属离子可诱导 83 合成 C 例 如 34$ Y 、 3/$ Y 、 KJ Y 、 TJ$ Y 、 89$ Y 、 21 $ Y 等 C 并能与 83 形成复合 物 5 $B 7 。研究表明 83 与重金属解毒有关。
富集植物 _ # 利植物学家 H:L57W6<A 首次发现在意大利托斯
卡纳 “ 黑色的岩石 ”上生长的特殊植物，这是有关超富集植物 （ 的最早报道。%0%+ 年， YMW:K5PP84875=AK） c:LQ589 将其命名为 $7MLL84 \:K=A7A<66 ， %0+0 年 ]6<F8SS6 和 d:KF<5<A 首次测定该植 物的叶片中富含 T6 达 ’ 2** 4F・ bF ) % _ + ‘ 。%2’’ 年 C aKAAbL 提出 了超富集植物的概念 _ " ‘ ； %20# 年， HO5<:M 提出了利用超富集植 物清除土壤中重金属污染的思想 _ & ‘ ， 即植物修复。 英国 NO:II6:7V 大学 a5b:K 博士是介绍植物修复概念的首批科学家之一， 提出 超富集植物具有清洁金属污染土壤和实现金属生物回收的实 际可能性， 这种植物具有与一般植物不同的生理特性 _ # ‘ 。在工 业废物或污泥使用而引起的重金属污染土壤上 ，连续种植几 茬超富集植物， 就能去除土壤中的 （ 有毒 ） 重金属， 特别是生物 有效性部分， 从而复垦和利用被重金属污染的土壤 _ ’ ‘ ， 也就是 我们现在常说的植物修复。植物修复 （ 是指将 GOM=AK:4:V65=6A<）
理机制、 研究动态与前景。 关键词： 植物修复；超富集植物；重金属污染土壤 中图分类号： !"# 文献标识码： $ 文章编号： %&’( ) (*+# , (**# - *" ) *&#& ) *"
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某种特定的植物种在重金属污染的土壤上， 而该种植物对土壤 中的污染元素有特殊的吸收和吸附能力， 将植物收获并进行妥 善处理 （ 如灰化回收 ） 后即可将该种重金属移出土体， 达到污染 治理与生态修复的目的 _ 0 ‘ 。
第 $$ 卷第 % 期
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植物修复概念早期验证是在英国小规模田间实验中进行 的， 多种超富集植物种植在曾多年施用富含重金属的工业污泥 实验 地 上 。 示范 性 实 验 表 明 十字 花 科 遏 蓝 菜 属 植 物 遏蓝 菜 （ 具有很大的吸收 21、 &’()*+, -)./(0*-01*） 34 的潜力 5 6 7 。这种植 物是一种可在富含 21、 89、 34 和 :, 的土壤上生长的野生草本 植物。近 % )， 各国科学家们对利用这种植物修复 21、 89、 34 和 美国、 澳大利亚和东 :, 污染的土壤表现出浓厚的兴趣。欧洲、 南亚一些国家都启动了包括这种植物在内的超富集植物积累 重金属生理生化机理、 重金属吸收效率和农艺管理等方面的研 究项目。遏蓝菜 ; &’()*+, -)./(0*-01* < 已经成为当前国际上开展 重大相关研究项目时经常被选择的研究材料。 目前， 世界上已经发现 34、 3= 、 3/、 :, 、 89、 >1、 21 超富集 其中 #"A 为 :, 的超富集植物 5 B@ 7 。它们分布在 植物 ?@@ 多种， 世界少数几个地区 C 可能有更多的分布于世界各地的超富集植 物尚待发现。 表 B 列出了已经发现的典型的超累积植物物种以 及植物体中最大重金属含量。从事植物修复研究与发展的国 际著名美籍科学家 3’)10D 博士预言，总有一天这些植物会被 或放射性核素 （ 污 用来清洁重金属 （ 34、 3/、 :, 、 89） 3=、 E、 F.） 染的农地和矿区，其成本可能不到各种物理化学处理技术的 并且通过回收和出售植物中的金属 （ 还可以 B G B@ ， 8’DH=I,1,1J） 进一步降低植物修复的成本 5 BB 7 。 在中国， B666 年陈同斌等首次发现了 K* 的超富集植物蜈 其叶片含 K* 高达 % @@@ IJ・ MJ N B 5 B$ 7 。室内 蚣草 ; 8H0.,* L,HH)H) < ， 栽培研究发现，蜈蚣草羽片中最大含 K* 量可达 % @#@ IJ ・ MJ 。这些研究表明 8H0.,* L,HH)H) 具有特殊的耐 K* 毒能力。>)
农业环境科学学报 (**#C (( , " - / &#& ) &+* !"#$%&’ "( )*$"+,%-.$"%/0%1 23.0%30
超富集植物治理重金属污染土壤研究进展
刘小梅 %，吴启堂 (，李秉滔 %
, %. 华南农业大学林学院， 广东 广州 "%*&+( ； 广东 广州 "%*&+( (. 华南农业大学资源与环境学院， 摘 要：就国内外植物修复技术领域的研究进展作了综述，阐述了迄今报道的超富集植物、超富集植物吸收重金属生
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’#=%&):/ OMW:K ) 5PP84875=AK1 WOM=A ) K:4:V65=6A<1 O:5QM 4:=57 PA<=546<5=:V LA67L