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探析植物修复土壤重金属污染的强化技术

作者:未知

  摘 要:植物修复在土壤重金属污染修复中具有诸多优点,是一种具有广阔应用前景的环境友好型原位修复技术,但修复周期长和植物重金属毒害等是制约植物修复的主要因素,本文对植物修复的概念和原理进行阐述,对植物修复强化技术的现状进行介绍。
  关键词:土壤;重金属污染;植物修复;强化技术
  1 植物修复技术概述及原理
  植物修复技术(Phytoremediation)是一种在土壤重金属污染修复方面有着良好发展前景的绿色生物修复技术,植物修复技术属于环境友好型修复技术,植物修复技术基于植物对土壤中重金属物质的固定能力和吸收富集能力,利用植物根部分泌物将重金属物质固定或者通过植物的吸收和富集效应将土壤中的重金属转移到植物体内,进而实现降低土壤重金属污染的目的,植物修复按照原理不同主要分为下列三种类型:[1]
  1.1 植物稳定
  植物稳定是利用植物根系的吸附和氧化还原反应等作用将土壤中的重金属固定在植物的根系中,从而降低其迁移能力或者将毒性高的重金属物质转化成低毒性的物质,植物的根系可以产生分泌物,植物根际微生物也会产生络合物或螯合分泌物,进而将土壤中的金属吸附或者稳定下来,使得重金属稳定在植物根部。
  1.2 植物提取
  植物提取是指利用重金属高富集或高耐受性的植物将土壤中重金属吸收并转移到植物体内,从而实现修复土壤的目的,该技术的关键点在于重金属高富集和高耐受植物的筛选,根据有关资料,从Brooks等最早提出超级积累植物概念,目前已经有总计超过700种超级累积植物被筛选出来,植物提取在植物修复中应用比例最高。
  1.3 植物挥发
  植物挥发是指利用植物根部分泌出来的特殊物质与土壤中的某些重金属发生反应,将高毒性的重金属转化成无毒状态或通过植物根系的吸收将土壤中的重金属转化为气态挥发物质,植物挥发在土壤重金属修复方面是一种行之有效的方法,但土壤中的污染物质通过植物挥发进入空气中后,会对大气环境造成污染。
  2 植物修复强化技术的研究进展
  2.1 螯合诱导强化植物修复技术
  螯合诱导强化植物修复技术主要是针对植物提取的强化技术,目前,应用比较普遍的螯合剂有乙二胺四乙酸钠(EDAT-Na2)和乙二胺四乙酸(EDAT),螯合剂的配位性能比较广泛,基本可以将绝大多数金属离子转化成为稳定的螯合物,通过向土壤中科学添加天然螯合剂和合成螯合剂就能够使得土壤中的重金属分布形态发生改变,使得土壤中不溶状态的重金属转化成为可溶态的复合物,有效改善土壤中重金属的活性,使土壤中金属离子的溶解度很大程度得到改善,从而提高超级累积植物对重金属的吸收率,有效增强了植物将土壤重金属向地上部分转移的效率,实现提高植物修复效率的目的,因此,螯合剂有强化植物修复能力的作用。天然螯合剂如:乙二酸四乙酸和苹果酸等通常对环境造成影响的很小,目前主要的研究方向是如何从难降解合成螯合剂向环境危害小的螯合剂和易降解螯合剂的转变,因此,生物可降解螯合剂如乙二胺二琥珀酸(EDDS)和柠檬酸(CIT)是当下研究的热点。[2]
  2.2 植物激素强化植物修复技术
  植物激素强化植物修复技术也是针对植物提取的强化技术,植物激素也叫做植物内源激素或植物天然激素,植物激素是植物在自然生长的过程中自身产生的一种微量有机物质的总称,植物激素可以从产生部位转移到作用部位,通过比较低的浓度刺激可以调节植物的生长代谢活动。目前,被普遍认识的植物激素主要有生长素、乙烯、细胞分裂素、赤霉素和脱落酸五大类,[3]近年来,油菜素甾醇作为第六大类植物激素也普遍被人们认识和了解。植物激素有调节植物生长速率以及改善植物抵抗病害能力和适应环境能力的作用,通过使用植物激素强化修复技术可以加快植物生长代谢速率,提高植物对土壤中重金屬吸收效率和发生螯合的速率,进而实现强化植物修复效率的目的,根据有关研究显示,植物激素对一些超级累积植物发芽率低、生长速度缓慢和繁殖效率低等问题有很好的改善作用,因此,利用植物激素强化技术对植物修复具有积极意义。
  2.3 基因工程强化植物修复技术
  基因工程强化植物修复技术基于生物化学和分子生物学,具体是指把在重金属修复方面的异源目的基因导入到超级累积植物基因中,通过在超级累积植物中表达异源目的基因提高植物对重金属的络合、吸收、转移和挥发等修复能力,从而强化植物修复对土壤重金属污染的修复效率,目前,主要的异源目的基因有植物螯合肽(PCs)、金属硫蛋白(MTs)和重金属转运蛋白等,异源目的基因的筛选和成功导入是该技术的关键,有关研究表明,利用基因工程向超富集植物中导入重金属转运体后的转基因超富集植物对重金属的富集能力、耐受能力和挥发能力明显增强,因此,基因工程已经被公认为强化超富集植物土壤重金属修复效率行之有效的方法,生物化学和分子生物学为该技术的持续发展提供了源源不断的动力,也是未来植物修复强化技术发展潜力最大的研究方向之一。
  2.4 微生物强化植物修复技术
  微生物强化植物修复技术是借助土壤中微生物来协助超富集植物根系对土壤中重金属进行吸收、稳定和络合螯合反应的技术,植物修复效率受到各种复杂因素的影响,利用微生物强化植物修复技术辅助作用如:生物吸附、生物矿化、氧化还原反应等机制,可以有效改善植物修复的效率,微生物强化技术可以提高超富集植物对重金属的吸收效率,能降低重金属对植物的毒害,帮助植物正常生长。微生物强化植物修复技术目前主要是采用菌根或者接种植物内生菌的方式,以改善植物对重金属的耐受性,促进植物对重金属的吸收、转移和挥发。该技术的难点在于目标菌株的筛选、评价、繁殖、制备和接种等一系列技术,虽然目前国内在菌种和微生物增强机理等方面研究有一定成效,但目前对微生物强化植物修复技术的理论和机理研究还远远不够,对该技术的研究未来还需要不断深入。
  参考文献:
  [1]何军良,祝亚平,朱密,周旋.土壤中重金属污染的植物修复强化技术概览[J].安全与环境工程,2019,1(26):58-63+76.
  [2]王雷.植物修复土壤重金属污染的强化技术研究进展[J].中国新技术新产品[J].2019,(2):133-134.
  [3]袁金玮,陈笈,陈芳,刘万宏.强化植物修复重金属污染土壤的策略及其机制[J].生物技术通报,2019,35(1):120-130.
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