超富集植物
超富集植物与植物修复技术
案例&影响因素
案例&影响因素
展望
继续去寻找重金属超积累植物 结合分子生物学和基因工程技术 寻找综合可持续的植物修复手段 更多的与实际应用相结合
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超富集植物与植物修复技术
背景
土壤重金属的治理已成为科学研究的热点 对土壤重金属污染的治理，目前常用的有淋滤 法、客土法、吸附固定法等物理方法以及生物 还原法、络合浸提法等化学方法。但这些方法 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。
植物修复法
植物修复法是指将某种特定的植物种植在 重金属污染的土壤上，该种植物对土壤中的污 染元素具有特殊的吸收富集能力，将植物收获 并进行妥善处理（如灰化处理）后即可将该重 金属从土体中去除，达到治理污染与生态修复 的目的。 优点：成本低；增加机质含量和提高土壤肥力； 有效避免二次污染；对环境扰动小
植物提取
应用植物根系吸收一种或几种污染物质,并将其 转移贮藏到植物茎叶,植物衰亡后收割茎叶另作处理。 被应用植物提取修复土壤污染的植物主要分超量积 累植物和诱导超量积累植物两大类,前者指一些具有 较强的吸收土壤污染物质并运送至地上部积累能力 的植物,后者则指一些本身不具备超量积累土壤污染 特殊性,但可以一些方法诱导出超量积累能国Edenspace 公司专门从事开发植物修复各种污染土壤和水 体的工作。该公司1996 年成功地利用B . j uncea 与EDTA 结合 修复了一块铅污染的土地。通过灌溉施入2 mmol/ kg 的EDTA , 然后种植印度芥菜,21 天后收割,在一个季节内共种植收割3 茬。 结果：表层土壤铅含量从2300 下降到420 mg/ kg ; 15～30 cm 中土层铅含量从1280下降到992 mg/ kg; 30～45 cm 土层的铅含量几乎没有下降。 监测结果表明没有发现EDTA和铅向下层土壤的淋溶作用,试验证 明EDTA 确能增强印度芥菜吸收,显示EDTA 和印度芥菜结合应 用具有一定的植物修复潜力。
超富集植物
表 1.2 超富集植物Table1.2HyPeraccumulators表1.3常见高生物量耐性植物[19]骆永明•金属污染土壤的植物修复[J].土壤，1999 , 5:261 —280.[201施俊法•化学定时炸弹的克星：植物修复技术[J].国土资源情报，2001 , (4):39242.[21] 聂俊华，刘秀梅，王庆仁.营养元素N、P、K对Pb超富集植物吸收能力的影响口].农业工程学报，2004，20(5):262~265.[22] 张晓岭.N' PK肥料对土壤中cd、Pb形态变化及吸附解吸的影响田].武汉:华中农业大学，2003.15~42[15] SUDCH ，HUANGHZH.The Phytoremediation poteniial of oilseedrape (B.juncea) as a hyPeraceumulator for cadmium contaminated soil[J].China Environrnental Scienee，2002，22(l):45~48(in Chi nese).[16] WANG J Q ，ZHANG B R ，SU D CH.Selection and aeeumulation characteristics ofoilseed rapes for phytoremediati on of cadmium con tam in ated soil[J].Jo urnal of Hebei North Un iversity ，2005，25(l):58-61 (in Chinese).[17] CHEN Y. H,LlxD,LIU H Y,etal.The potential of India mustard(BrassicajunceaLJfor phytoremediati on of Pb-c on tam in ated soils with the aid of EDTA additi on[ J].Jo urnal of Nanji ng Agrieultural University ，2002，25(4):15 一18(in Chinese).[18] 张守文，等.油菜对pb污染土壤的修复效应研究[J].西北植物学报，2009, 29(1):0122-0121 土壤Cd污染状况简介Cd是生物生长发育过程的非必需元素，也是自然界中对动、植物及人体危害性最大的重金属种类之一，连同Hg、As、cr、Pb被称为土壤中的“五毒元素”(Rajmakrishnan et al.，1995陈志良等，2001)。
重金属超累积植物
超累积植物
目前，已发现400多种植物能够超积累各种重金属。
如半卡马菊、多花鼠鞭草、布氏香芥、塞贝山榄(俗称蓝汁)、杨树、苎麻、月季、油菜、印度芥菜、遏蓝菜、酸模、海州香薷、鸭跖草、密毛蕨、蜈蚣草、大叶井口边草、粉叶蕨、牡蒿、剑叶凤尾蕨、羽叶鬼针草、紫花苜蓿、银合欢、空心莲子草、东南景天、北美车前、北美鬼针草、北美独行菜、一年蓬、裸柱菊、细叶芹、芥子草白麻、普通豚草、颠茄等。
这些植物大多在当地土生土长，可富集镍、镉、铜、钴、锰、铅、硒、砷、锌等元素，净化被这些金属污染的土壤。
苎麻基地遏蓝菜
苋科植物
蜈蚣草
一些超累积植物能同时积累多种重金属，如羊蕨属植物和具有富集重金属特性的苋科植物对土壤中重金属的吸收率达到100%。
在以硫酸盐和磷酸盐为肥
料的情况下，遏蓝菜属的一些栽培变种的茎杆对重金属具有较强的富集能力，苎麻以及一些藻类藻类对重金属具有较强的吸收能力。
因此，利用超累积植物处理重金属污染区是一种比较理想的方法。
已发现的超富集植物
部分重金属的超累积植物mg/kg。
砷超富集植物及其对砷污染土壤的修复机理
砷超富集植物及其对砷污染土壤的
修复机理
砷超富集植物(ARS)是一类能够吸收大量砷的植物，其具有比其他植物更强的砷吸收能力，可以从污染土壤中吸收更多的砷。
它们可以在不影响正常植物生长的情况下，通过把污染的砷从土壤中吸收出来，从而减少砷的污染。
砷超富集植物的修复机理包括：
1. 促进根系分泌物的产生：砷超富集植物可以促进根系分泌物的产生，如植物激素、酸性多糖、酚类物质等，从而影响土壤微生物的活性，促进砷的降解和迁移，使得砷污染的土壤变得更加活性，并促进砷的转化。
2. 改变土壤pH值：砷超富集植物可以改变土壤的酸碱度，从而影响砷的溶解度和土壤微生物的活性，进而促进砷的降解和迁移。
3. 促进砷的结合：砷超富集植物可以促进砷与土壤粒子结合，将砷转变为不溶性形式，降低砷的活性，避免砷在生物体内的吸收和转化，从而减少砷的污染。
4. 降低土壤渗透性：砷超富集植物可以降低土壤的渗透性，阻止砷污染土壤中活性砷的扩散和流失。
重金属超富集植物特征
重金属超富集植物特征重金属超富集植物是指能够吸收和富集土壤中重金属离子的植物。
它们通常具有一些特征，使它们能够在污染土壤中存活并吸收大量的重金属。
本文将介绍重金属超富集植物的特征，并探讨其应用和意义。
重金属超富集植物的特征主要包括以下几个方面：1.嗜重金属生长环境：重金属超富集植物通常能够在高浓度的重金属污染土壤中存活并生长。
它们对于高浓度的重金属离子具有较高的耐受性，能够忍受土壤中重金属离子对其生长和发育的影响。
2.物种特异性：不同的植物对不同的重金属具有不同的富集能力。
一些植物对某种特定的重金属具有高度的富集能力，而对其他重金属则没有富集能力。
这种物种特异性使得不同的植物能够在不同的重金属污染环境中发挥作用。
3.根系吸收机制：重金属超富集植物通常通过其根系吸收土壤中的重金属离子。
这些植物的根系具有一定的特殊结构，能够增加吸收面积和吸收能力。
同时，它们的根系也具有一定的选择性，可以选择性地吸收特定的重金属离子。
4.生理代谢调控：重金属超富集植物能够通过调控其生理代谢过程来应对重金属污染。
它们可以通过调节根系分泌物的产生和分泌量来影响土壤中重金属离子的活动性。
此外，它们还可以通过调节自身的酶系统和产生抗氧化物质来减轻重金属对植物细胞的损害。
5.富集效应：重金属超富集植物能够富集土壤中的重金属离子，并将其转移到地上部分。
这种富集效应可以通过根系吸收和转运、韧皮部和木质部吸收和转运以及叶片吸收等方式实现。
通过富集重金属离子，这些植物能够将污染物从土壤中清除，起到修复污染土壤的作用。
重金属超富集植物具有重要的应用和意义。
首先，它们可以用于修复和治理重金属污染土壤。
这些植物能够将土壤中的重金属离子吸收并富集在地上部分，达到减轻土壤重金属污染程度的目的。
其次，它们可以作为生物指示器来评估土壤中重金属污染的程度和范围。
通过调查和研究重金属超富集植物的分布情况，可以得出土壤中重金属污染的差异和分布规律。
此外，重金属超富集植物还可以作为重金属的生物监测器，用来监测和预警环境中的重金属污染。
镉超富集植物标准
镉超富集植物标准镉超富集植物是指在环境中长期暴露于镉等重金属污染物的情况下，植物体内镉积累超过正常范围的植物。
镉超富集植物具有较高的对镉耐受性和积累能力，使其成为生物修复、镉污染土壤治理和生物指示器等领域的重要研究对象。
为了规范对镉超富集植物的研究和评价，科研工作者们提出了一系列的镉超富集植物标准，用以指导相关研究和实践。
在研究领域中，镉超富集植物标准是非常重要的指导性文件。
通过制定和遵守这些标准，可以保证镉超富集植物研究的科学性和客观性，有助于提高研究的可比性和数据的可信度。
本文将对镉超富集植物标准进行深入探讨，探讨其制定背景、内容要点和应用前景，旨在为相关研究工作提供参考和借鉴。
一、镉超富集植物标准的制定背景随着环境污染的不断加剧，重金属污染已成为我国生态环境领域的一个突出问题。
镉是一种常见的重金属元素，是一种易积累于植物体内的有毒物质。
在镉超富集植物的研究领域中，由于缺乏统一的标准和规范，给研究工作带来了很大的困难。
为了规范对镉超富集植物的研究和评价，科研工作者们迫切需要一套统一的标准体系。
在这种背景下，镉超富集植物标准得以制定出来。
这些标准通过梳理和整合已有研究成果，结合国内外相关标准和规范，以及专家学者的研究经验，最终形成了一套比较系统和完整的标准体系。
二、镉超富集植物标准的内容要点镉超富集植物标准主要包括对镉超富集植物的定义、分类、检测方法、评价指标、标准要求等方面内容。
这些内容旨在为研究者提供一个规范的研究框架，使得他们在开展镉超富集植物相关研究时，能够有章可循、有据可依。
首先，镉超富集植物标准明确了对镉超富集植物的定义和分类。
镉超富集植物是指在镉等重金属污染环境中，植物体内镉积累超过一定范围的植物。
根据镉的积累能力和毒性效应，镉超富集植物可分为高积累型、高耐受型以及中低积累型等不同类型。
其次，镉超富集植物标准规定了检测方法和评价指标。
镉超富集植物的镉积累量是评价其富集能力的关键指标，因此标准明确了镉的检测方法和测定指标。
超累积植物简介-蜈蚣草
超累积植物简介-蜈蚣草超累积植物简介与普通植物相比，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重金属超量积累植物,是指能够超量吸收和积累重金属的植物，超积累植物体内的重金属含量要达到一般植物的100倍以上，不同元素有不同的临界值，一般业内公认的标准是，镉1000ppm，铜、镍、铅等为1000ppm，锰、锌为10000ppm.我国目前发现的超积累植物有：砷--蜈蚣草；锌--东南景天；锰--商陆；镉--龙葵等蜈蚣草蜈蚣草，蕨类一种，凤尾蕨科凤尾蕨属多年生草本。
叶簇生，一回羽状。
孢子囊群生于羽片侧脉顶部的联结脉上，线形。
广布于长江以南，生于路旁、石缝或石灰岩山地，是钙质土或石灰岩的标示植物。
蜈蚣草对砷超强喜好，它能通过根系大量吸收泥土中的砷，然后存进自己的叶片中。
生于海拔2000-3100m的空旷钙质土或石灰岩石上。
蜈蚣草是世界上第一种被发现的砷的超富集植物，对重金属具有超常规吸收与富集能力。
将蜈蚣草植于污染土壤，吸收重金属加以回收，可达到“清污与回收”双重目的。
蜈蚣草对土壤中铅、铜、锌与砷均有不同程度的抗性和修复能力。
在自然条件下，蜈蚣草可生长在砷含量40～50mg/Kg土壤中，甚至能在砷含量高达23400mg/Kg的矿渣中正常生长；在野外其叶片砷含量超过1000mg/Kg，室内栽培的叶片砷含量高达5070mg/Kg。
重金属超富集植物特征
重金属超富集植物特征
重金属超富集的植物被称为超富集植物。
这些植物具有特定的特征，使其能够从土壤或水体中富集和积累高浓度的重金属。
以下是一些重金属超富集植物的典型特征：
1.高耐受性：超富集植物通常对重金属具有较高的耐受性。
它们可以在高浓度的重金属环境中生存和生长，而不像其
他植物那样受到严重的毒害。
2.快速生长：一些超富集植物具有较快的生长速度，使它们
能够在相对较短的时间内富集大量的重金属。
3.高生物量：超富集植物通常具有高的生物量，这意味着它
们可以从土壤或水体中吸收和积累更多的重金属。
4.深根系：一些超富集植物具有发达的根系系统，可以在土
壤深处或含重金属较高的土层中吸收和富集重金属。
5.重金属转运机制：超富集植物具有特殊的吸收和转运机制，
使其能够高效地吸收和积累重金属。
这可能包括根壁或细
胞壁的特殊结构，以及活性转运蛋白等。
6.积累器官：超富集植物通常将重金属集中存储在特定的器
官中，如根系、茎和叶片等。
这些器官在植物体内形成重
金属富集的主要部位。
超富集植物对于修复和治理重金属污染的环境具有重要意义。
它们可以用于吸收和富集土壤和水体中的重金属，然后通过采集或收获来移除重金属。
此外，超富集植物还可以在生物矿化、
矿物富集和零废弃物农业等领域中发挥作用。
然而，在使用超富集植物进行重金属修复时，要注意潜在的环境影响和安全问题，并进行合适的监测和管理。
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表1.2超富集植物Table1.2HyPeraccumulators重金属常用植物重金属积累量(mg·kg-1) 砷（As）大叶井口边草(Pteris nervosa) 418娱蛤草(Pteris vittata L.) 3280-4980 镉（Cd）天蓝遏蓝菜(Thlaspi caerulescens) 1800灯芯草(Juncus effusus) 8670宝山堇菜(Viola baoshanensis) 1168 铜（Cu）海州香蕾(Elsholtzia hai-chowensis) 1470铅（Pb）圆叶遏蓝菜(T.rotundifolium) 82001000石竹科米努草属（CaryophyllaceaeMinuartia)芸苔科1000 锰（Mn）商陆(Phytolacca L.) 19299高山甘薯(Ipomoea batatas Lam) 12300粗脉叶澳坚(Macadamia neurophylla) 51800 镍（Ni）遏蓝菜属(Thlaspi L.) 12400十字花科（Brassieaceae) 7880 锌（Zn）天蓝遏蓝菜(T.caerulescens) 51600东南景天(Sedum alfredii Hance) 4514表，.1中国发现的超富集植物Tble1.1HyPeraceumulators diseovered in China重金属元素植物种文献来源铅(Pb 酸模(Rumex acetosa) 刘秀梅等.2002羽叶鬼针草(Bidens aximawiczlama 刘秀梅等.2002Oett)土荆芥(Chenopodium ambrosioides) 吴双桃等.2004鲁白柯文山等.2004芥菜柯文山等.2004绿叶觅菜(Amaranthus tricolor) 聂俊华等.2004紫穗槐(Sophora japonica) 聂俊华等.2004 镉(Cd) 龙葵(Solamum nigrum) 魏树和等.2004宝山堇菜(Viola baoshanensis) 刘威等.2003小白菜:日本冬妃王松良等.2004结球甘蓝B.oleracea:夏秋3号王松良等.2004 锰(Mn）鼠鞠草(Gnaphalium offine) 张慧智等.2004商陆(Phytolacca acinosa Rox) 薛生国等.2003 砷(As) 蜈蚣草(Pteris viftata L) 陈同斌等.2002大叶井口边草(Pteris cretica) 韦朝阳等.2002井栏边草(Pteris multifida) 王宏镇等.2006斜羽凤尾蕨(Pteris oshilnensis) 王宏缤等.2006金钗凤尾蕨(Pteris fauriei) 王宏槟等.2007 锌(Zn）东南景天(Sedum alfredii H) 杨肖娥等.2002 铜(Cu) 鸭拓草(silene fortunei) 束文圣等.2001表1.3常见高生物量耐性植物Tbte1.3High biomass tolerance Plant植物名分类经济价值和用途玉米(Zea mays L.) 禾本科作为粮食作物水稻(Oryza sativa) 禾本科重要的粮食作物燕麦(Avena satia) 禾本科粮食作物大麦（Hordeum vulgar）禾本科粮食作物黑麦草(Lolium perenne L) 禾本科饲料油菜(Brassica campestris L.) 十字花科重要的油料作物具有重要的经济价值印度芥菜（Brassica juncea）十字花科经济作物荠菜（Capsellabursa-pastoris）十字花科经济作物蒿柳(Salix viminalis L.) 杨柳科枝条课供编筐，叶可饲蚕杨树(Populus sp.) 杨柳科重要经济速生林向日葵(Helianthus annuus) 菊科高级食用油[19]骆永明.金属污染土壤的植物修复[J].土壤，1999，5:261一280.[201施俊法.化学定时炸弹的克星:植物修复技术[J].国土资源情报，2001，(4):39242.[2l]聂俊华，刘秀梅，王庆仁.营养元素N、P、K对Pb超富集植物吸收能力的影响口].农业工程学报，2004，20(5):262~265.[22]张晓岭.N’PK肥料对土壤中cd、Pb形态变化及吸附解吸的影响田].武汉:华中农业大学，2003.15~42[15]SUDCH，HUANGHZH.The Phytoremediation poteniial of oilseedrape (B.juncea) as a hyPeraceumulator for cadmium contaminated soil[J].China Environrnental Science，2002，22(l):45~48(in Chinese).[16]WANG J Q，ZHANG B R，SU D CH.Selection and aeeumulation characteristics ofoilseed rapes for phytoremediation of cadmium contaminated soil[J].Journal of Hebei North University，2005，25(l):58-61 (in Chinese).[17]CHEN Y. H,LlxD,LIU H Y,etal.The potential of India mustard(BrassicajunceaL.)for phytoremediation of Pb-contaminated soils with the aid of EDTA addition[J].Journal of Nanjing Agrieultural University，2002，25(4):15一18(in Chinese).[18]张守文，等.油菜对pb污染土壤的修复效应研究[J].西北植物学报，2009，29(1):0122-012 1土壤Cd污染状况简介Cd是生物生长发育过程的非必需元素，也是自然界中对动、植物及人体危害性最大的重金属种类之一，连同Hg、As、cr、Pb被称为土壤中的“五毒元素”(Rajmakrishnan et al.，1995;陈志良等，2001)。
cd在自然环境中分布极广，地壳中的平均含量为0.2mg·k-1，广泛存在于岩石、沉积物及土壤中(Lalor et al.，2004)。
近年来，由于环境中Cd含量的不断增加，从而引起许多国家的普遍关注，这些国家基于对食物中重金属安全的认识，针对用于作物生产的农田土壤严格制作了一系列限定标准(见表1，Lalor，2008)。
表1一些国家的土壤重金属限定值Table1Some critieal limits for heavy metals in soils国别土壤限定值(ug·kg一1，DW) 国别土壤限定值(ug·kg一1，DW) Cd Zn Cd Zn 加拿大0.5 50 爱尔兰 1 150丹麦0.3 100 瑞士0.8 200芬兰0.3 90 捷克0.4 150荷兰0.8 140 东欧 2 100在我国，土壤Cd污染状况也一直较为严重。
上世纪90年代，国内遭受As、Pb、cu、Hg等重金属污染的农田土壤面积为2.0×107hm2，其中Cd污染己超过1.0×106hm2，此后一直呈上升趋势(王凯荣，1997;徐良将等，2011)。
在国内某些地区，Cd污染状况更加突出，Du等(2008)对东北某冶炼厂周围农田土壤的重金属污染调查发现，所采集土壤样品中Cd的含量在4.1~167.6mg·kg一1不等，地积累指数结果表明该地区Cd的污染程度最为严重;对浙江上虞地区的监测结果也表明，Cd在所调查的几种重金属中污染程度最高，且土壤中有效态的Cd占有较大比例，对周边小麦生产及生态安全造成了极大威胁(Cui and Du，2010);由于过高的土壤Cd污染而导致蔬菜、粮食及经济作物食品安全性降低的现象同样存在于广东大宝山、重庆万州等地(Yang er al.,2007:Zhuang et al.，2009)。
由于工业污水灌溉、矿渣堆弃等突发性原因，再加上农药、磷肥导致的面源污染等持久性问题的存在(Wu and zhang，2010;高志岭等，2001;曾希柏等，2007)，近年来国内“福米”事件频频报道，给人们的生产、生活带来很多负面影响。
近日，国家环保部部长周生贤在向全国人大常委会所作的环境质量报告中指出:中国重金属污染呈高发态势，2011年1~8月份全国共发生11起较为严重的重金属污染事件，给某些地区人们的生活造成恐慌。
针对食品安全问题，王凯荣(1997)将我国部分地区的农田土壤Cd污染状况及当地稻米中的Cd含量作了汇总，以引起相关部门的重视(见表2)。
表2我国部分地区污染农田土壤和农作物锅含量状况Table 2 Coneentration of Cd in soil and crops in some regions of China省·市(地区) 土壤中Cd含量(mg·kg-1) 稻米中Cd含量(mg·kg-1) 最大值平均值最大值平均值辽宁·沈阳145 4.47 3.7 1.09陕西·宝鸡22.8 --- 2.19（小麦）---甘肃·兰州44.7 9.69 2.67 0.72河北·行唐64.9 1.55 0.87（小麦）---上海·川沙130 1.09 4.8 0.58四川·会理105 18.6 1.9 0.4江西·赣州30 2.46 7.39 1.33江西·大余 5.05 1.49 4.75 1湖南·安华89.1 11.9 9.36 1.35湖南·株洲34.4 8.3 3.5 1.12湖南·衡东45 27.9 2.52 1.23湖南·常宁51.3 15.1 3.69 1.35广东·广州228 6.67 4.7 0.8广西·灵川40.8 21.9 2.6 1.29浙江40.2 6.69 3.46 1.17云南20.5 1.52 1.84 0.64*注:表中符号“---”表示含量过低在检出限以下。
依据联合国食品法典委员会于2006年9月7日发布的有关食品中铅、福和黄曲霉素最高限量的最新规定，精白米中Cd的最高含量标准为0.4mg·kg一1，由此可见，上述地区粮食产品的安全性远远达不到这一标准。