探析植物修復(fù)土壤重金屬污染的強(qiáng)化技術(shù)

董旭斌　陳巧超　董俐住　王一寧

摘?要：植物修復(fù)在土壤重金屬污染修復(fù)中具有諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的環(huán)境友好型原位修復(fù)技術(shù)，但修復(fù)周期長(zhǎng)和植物重金屬毒害等是制約植物修復(fù)的主要因素，本文對(duì)植物修復(fù)的概念和原理進(jìn)行闡述，對(duì)植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：土壤;重金屬污染;植物修復(fù);強(qiáng)化技術(shù)

1 植物修復(fù)技術(shù)概述及原理

植物修復(fù)技術(shù)（Phytoremediation）是一種在土壤重金屬污染修復(fù)方面有著良好發(fā)展前景的綠色生物修復(fù)技術(shù)，植物修復(fù)技術(shù)屬于環(huán)境友好型修復(fù)技術(shù)，植物修復(fù)技術(shù)基于植物對(duì)土壤中重金屬物質(zhì)的固定能力和吸收富集能力，利用植物根部分泌物將重金屬物質(zhì)固定或者通過植物的吸收和富集效應(yīng)將土壤中的重金屬轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低土壤重金屬污染的目的，植物修復(fù)按照原理不同主要分為下列三種類型：[1]

1.1 植物穩(wěn)定

植物穩(wěn)定是利用植物根系的吸附和氧化還原反應(yīng)等作用將土壤中的重金屬固定在植物的根系中，從而降低其遷移能力或者將毒性高的重金屬物質(zhì)轉(zhuǎn)化成低毒性的物質(zhì)，植物的根系可以產(chǎn)生分泌物，植物根際微生物也會(huì)產(chǎn)生絡(luò)合物或螯合分泌物，進(jìn)而將土壤中的金屬吸附或者穩(wěn)定下來，使得重金屬穩(wěn)定在植物根部。

1.2 植物提取

植物提取是指利用重金屬高富集或高耐受性的植物將土壤中重金屬吸收并轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)修復(fù)土壤的目的，該技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于重金屬高富集和高耐受植物的篩選，根據(jù)有關(guān)資料，從Brooks等最早提出超級(jí)積累植物概念，目前已經(jīng)有總計(jì)超過700種超級(jí)累積植物被篩選出來，植物提取在植物修復(fù)中應(yīng)用比例最高。

1.3 植物揮發(fā)

植物揮發(fā)是指利用植物根部分泌出來的特殊物質(zhì)與土壤中的某些重金屬發(fā)生反應(yīng)，將高毒性的重金屬轉(zhuǎn)化成無毒狀態(tài)或通過植物根系的吸收將土壤中的重金屬轉(zhuǎn)化為氣態(tài)揮發(fā)物質(zhì)，植物揮發(fā)在土壤重金屬修復(fù)方面是一種行之有效的方法，但土壤中的污染物質(zhì)通過植物揮發(fā)進(jìn)入空氣中后，會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染。

2 植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)的研究進(jìn)展

2.1 螯合誘導(dǎo)強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

螯合誘導(dǎo)強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)主要是針對(duì)植物提取的強(qiáng)化技術(shù)，目前，應(yīng)用比較普遍的螯合劑有乙二胺四乙酸鈉（EDAT-Na2）和乙二胺四乙酸（EDAT），螯合劑的配位性能比較廣泛，基本可以將絕大多數(shù)金屬離子轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定的螯合物，通過向土壤中科學(xué)添加天然螯合劑和合成螯合劑就能夠使得土壤中的重金屬分布形態(tài)發(fā)生改變，使得土壤中不溶狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化成為可溶態(tài)的復(fù)合物，有效改善土壤中重金屬的活性，使土壤中金屬離子的溶解度很大程度得到改善，從而提高超級(jí)累積植物對(duì)重金屬的吸收率，有效增強(qiáng)了植物將土壤重金屬向地上部分轉(zhuǎn)移的效率，實(shí)現(xiàn)提高植物修復(fù)效率的目的，因此，螯合劑有強(qiáng)化植物修復(fù)能力的作用。天然螯合劑如：乙二酸四乙酸和蘋果酸等通常對(duì)環(huán)境造成影響的很小，目前主要的研究方向是如何從難降解合成螯合劑向環(huán)境危害小的螯合劑和易降解螯合劑的轉(zhuǎn)變，因此，生物可降解螯合劑如乙二胺二琥珀酸（EDDS）和檸檬酸（CIT）是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。[2]

2.2 植物激素強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

植物激素強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)也是針對(duì)植物提取的強(qiáng)化技術(shù)，植物激素也叫做植物內(nèi)源激素或植物天然激素，植物激素是植物在自然生長(zhǎng)的過程中自身產(chǎn)生的一種微量有機(jī)物質(zhì)的總稱，植物激素可以從產(chǎn)生部位轉(zhuǎn)移到作用部位，通過比較低的濃度刺激可以調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)。目前，被普遍認(rèn)識(shí)的植物激素主要有生長(zhǎng)素、乙烯、細(xì)胞分裂素、赤霉素和脫落酸五大類，[3]近年來，油菜素甾醇作為第六大類植物激素也普遍被人們認(rèn)識(shí)和了解。植物激素有調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)速率以及改善植物抵抗病害能力和適應(yīng)環(huán)境能力的作用，通過使用植物激素強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)可以加快植物生長(zhǎng)代謝速率，提高植物對(duì)土壤中重金屬吸收效率和發(fā)生螯合的速率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化植物修復(fù)效率的目的，根據(jù)有關(guān)研究顯示，植物激素對(duì)一些超級(jí)累積植物發(fā)芽率低、生長(zhǎng)速度緩慢和繁殖效率低等問題有很好的改善作用，因此，利用植物激素強(qiáng)化技術(shù)對(duì)植物修復(fù)具有積極意義。

2.3 基因工程強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

基因工程強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)基于生物化學(xué)和分子生物學(xué)，具體是指把在重金屬修復(fù)方面的異源目的基因?qū)氲匠?jí)累積植物基因中，通過在超級(jí)累積植物中表達(dá)異源目的基因提高植物對(duì)重金屬的絡(luò)合、吸收、轉(zhuǎn)移和揮發(fā)等修復(fù)能力，從而強(qiáng)化植物修復(fù)對(duì)土壤重金屬污染的修復(fù)效率，目前，主要的異源目的基因有植物螯合肽（PCs）、金屬硫蛋白（MTs）和重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等，異源目的基因的篩選和成功導(dǎo)入是該技術(shù)的關(guān)鍵，有關(guān)研究表明，利用基因工程向超富集植物中導(dǎo)入重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體后的轉(zhuǎn)基因超富集植物對(duì)重金屬的富集能力、耐受能力和揮發(fā)能力明顯增強(qiáng)，因此，基因工程已經(jīng)被公認(rèn)為強(qiáng)化超富集植物土壤重金屬修復(fù)效率行之有效的方法，生物化學(xué)和分子生物學(xué)為該技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供了源源不斷的動(dòng)力，也是未來植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮难芯糠较蛑弧?/p>

2.4 微生物強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

微生物強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)是借助土壤中微生物來協(xié)助超富集植物根系對(duì)土壤中重金屬進(jìn)行吸收、穩(wěn)定和絡(luò)合螯合反應(yīng)的技術(shù)，植物修復(fù)效率受到各種復(fù)雜因素的影響，利用微生物強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)輔助作用如：生物吸附、生物礦化、氧化還原反應(yīng)等機(jī)制，可以有效改善植物修復(fù)的效率，微生物強(qiáng)化技術(shù)可以提高超富集植物對(duì)重金屬的吸收效率，能降低重金屬對(duì)植物的毒害，幫助植物正常生長(zhǎng)。微生物強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)目前主要是采用菌根或者接種植物內(nèi)生菌的方式，以改善植物對(duì)重金屬的耐受性，促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收、轉(zhuǎn)移和揮發(fā)。該技術(shù)的難點(diǎn)在于目標(biāo)菌株的篩選、評(píng)價(jià)、繁殖、制備和接種等一系列技術(shù)，雖然目前國(guó)內(nèi)在菌種和微生物增強(qiáng)機(jī)理等方面研究有一定成效，但目前對(duì)微生物強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)的理論和機(jī)理研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，對(duì)該技術(shù)的研究未來還需要不斷深入。

參考文獻(xiàn)：

[1]何軍良，祝亞平，朱密，周旋.土壤中重金屬污染的植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)概覽[J].安全與環(huán)境工程，2019，1（26）：58-63+76.

[2]王雷.植物修復(fù)土壤重金屬污染的強(qiáng)化技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品[J].2019，（2）：133-134.

[3]袁金瑋，陳笈，陳芳，劉萬宏.強(qiáng)化植物修復(fù)重金屬污染土壤的策略及其機(jī)制[J].生物技術(shù)通報(bào)，2019，35（1）：120-130.