土壤重金属污染的植物修复中转基因技术的应用.doc

土壤重金属污染的植物修复中转基因技术的应用 宗良纲，李义纯，张丽娜 南京农业大学资源环境学院，江苏 南京 210095 摘要：重金属污染的植物修复技术以其费用低廉、不污染环境等优点一度成为环境科学界研究的热点。为了克服植物修复技术中超积累植物生长缓慢和地上部生物量小等带来的限制，近年来研究者通过大量试验研究发现，外源基因在植物体内的高效表达可以提高植物吸收、运输、降解污染物的能力和修复的效率。本文首先对目前国内外重金属污染土壤植物修复的研究动态进行综述，重点论述了PCs、MTs、MerA、MerB、ArsC、γ-ECS等转基因在土壤重金属污染植物修复中的应用，最后指出在充分考虑到转基因植物给生态环境带来潜在威胁的前提下，转基因技术的研究与开发不仅可以促进多学科的交叉研究和丰富环境科学的研究领域，更重要的是在很大程度上有效地克服了目前土壤重金属污染植物修复中存在并急需解决的棘手问题，为土壤重金属污染的植物修复提供了更加广阔的应用和发展前景。 关键词：重金属；植物修复；转基因技术；土壤 中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2005）06-0976-05在一些发展中国家（主要是印度[1]和中国[2]），土壤污染变得日趋严重。土壤是绿色植物生长的基础，土壤污染物会通过食物链直接或间接影响人类的健康。重金属作为一类危害很大的环境污染物，具有移动性小、污染影响周期长等特点。因此，土壤一旦遭受重金属污染，在短时间内很难去除。自1977年Brooks[3]提出超富集植物的概念以及1983年Chaney[4]提出利用超富集植物清除土壤重金属污染的思想以来，植物修复一直以其成本低、不造成二次污染等优点而备受关注。本文综述了近年来国内外重金属污染土壤植物修复研究中的方法和技术，对转基因技术在土壤重金属污染植物修复中的应用进行了重点论述，最后预测了转基因技术应用于土壤重金属污染植物修复将是今后该研究领域的一个重要的方向,试图为未来进一步开发、应用和发展重金属污染土壤植物修复技术提供依据。 1 土壤重金属污染植物修复研究动态 植物修复是一种利用植物自身的生理特性从环境中吸收或富集一种或多种元素及其化合物，并在其体内进行正常代谢，而自身未表现出中毒症状，从而达到去除环境中污染物目的的技术[5]。目前，植物修复已衍生出多个分支研究领域[6]：植物提取（phytoextraction）、植物挥发（phytovolatiliza- tion）、根际过滤（rhizofiltration）和植物固定（phyto- stabilization）。一般将前三者统称为去除过程（Removal Process），而将后者称为稳定过程（Stabilization Process）[7]。 超积累植物是应用于植物修复（phytoreme- diation）的理想植物。通常所说的植物提取、植物挥发、根际过滤及植物固定在很大程度上都是依赖超积累植物来实现的。国内外有关新发现的超积累植物的报道很多[8(13]。除此之外，为了更有效地提高超积累植物对重金属的提取效率，近年来科学家们正在寻找新的突破口，如通过改进农业措施（包括施用肥料、添加有机配体等），寻找和筛选生物量大的超积累植物等。最近陈同斌等[14]报道，适量的磷肥明显促进蜈蚣草Pteris vittata的生长，提高体内As的含量，增大As的累积量，明显促进As污染土壤的植物修复；但过量施磷不会进一步提高蜈蚣草的产量，反而有降低As含量和As累积量的趋势，且修复效率有所下降。聂俊华等[15]也有类似的研究发现，少量的氮和钾会促进Pb超积累植物羽叶鬼针草Bidens maximowicziana Oett叶片叶绿素值和干质量的增加，促进对Pb的吸收；随着氮和钾水平的增加，虽然叶绿素值和干质量一直在增加，但植物对Pb的吸收能力降低。 在有机配位体研究方面，Huang等[16]研究过五种螯合剂（HEDTA、DTPA、EDTA、EGTA和EDDHA）对重金属Pb的活化能力的影响，最后得出不同鏊合剂对Pb的活化能力强弱顺序：EDTA HEDTADTPAEGTAEDDHA。K. Chandra Sekhar等[8]最近也报道，EDTA、HEDTA、DTPA和CDTA均能促进印度菝葜Hemidesmus indicus地上部对Pb的积累。Cafer Turgut等[17]报道，向土壤中施加1.0 g·kg-1的柠檬酸（CA）时，在向日葵Helianthus annuus茎部累积的金属总量（Cd、Cr、Ni）最高可达0.65 mg；而增加柠檬酸的施用量，反而会降低向日葵茎部对土壤中Cd、Cr、Ni的提取率。 更有趣的是，最近一些研究表明，具有高生物量和发达根系的树木也可从土壤