第6章_生物修复-06-2014选读.ppt

超积累植物地上部分的重金属含量是同等生境条件下其他普通植物含量的100倍以上； 在污染地生长旺盛，生物量大，能正常完成生活史； 富集系数(BCF)和转运系数(TF)都大于l。 一般而言，植物体内重金属临界含量为 Zn:l0000mg／kg, Cd:l00mg／kg, Au:lmg／kg, Pb、Cu、Ni、Co均为1000mg／kg. 超积累植物特征 过渡类型 有一些植物虽然达不到上述各项指标，但比起一般的植物能忍耐一定程度的重金 属，文献资料上多称为富集植物． 长期生长于污染土壤中的植物对环境胁迫往往形成了三类适应模式，各自特点为: 抵御：与根际周围的各类真、细菌组成菌根，形成防御体系共同抵制外界污染物质的侵害。 忍耐：无法构建防御体系，但可形成一定的忍耐特性，体内重金属含量高于普通植物，即使脱离重金属污染土壤仍能自然成活，称为富集植物。 利用：因为自身生理的需要，土壤中污染物质含量要达到一定数值才能成活，称为超积累植物。 如比苏草在Cu含量小于100μg／kg的土壤中不能正常生长。根据其这一特性，某种重金属的超积累植物往往还能成为金属矿藏的指示植物。 植物对污染环境的适应模式 首先，大部分植物植株矮小，生长缓慢，且不易机械化作业； 其次，多为野生型植物，对生物气候条件的要求也比较严格，区域性分布较强，引种受到严重限制； 再次，专一性强，只作用于一种或两种特定的重金属元素，对土壤中其他含量较高的重金属表现出中毒症状； 最后，植物器官往往会腐烂、落叶，最终重金属重返土壤。 超积累植物的局限性 植物吸收重金属本质上是否为植物在特定环境下的特定生理生化反应． 植物耐重金属毒害的机制包括：细胞区域化作用；主动外排；螯合作用．目前诱导植物生成配位体是其研究热点． 另外还可通过基因手段，促进植物基因改良，提高积累量． 植物积累重金属的分子生物学研究 寻找更多超积累植物，尤其能同时富集不同重金属元素的植物的寻找，加强对现有野生超积累植物的人工引种、驯化研究； 分子水平上的植物耐金属性研究，从基因水平上探明植物对重金属耐性的根源所在； 各种重金属元素在不同植物体内的储存及分布特征研究； 超积累植物根际环境对重金属吸收作用的影响． 超积累植物研究展望 含义：植物将挥发性污染物吸收到体内后再将其转化为气态物质，释放到大气中。 植物挥发和土壤根际微生物的活动密切相关． 缺点：挥发性重金属经植物体进人大气最终沉入土壤或水体，会产生二次污染． 挥发举例：植物从土壤吸收汞再向大气挥发；硒以二甲基硒和二甲基二硒挥发。 植物挥发 含义：利用植物吸收和沉淀来固定土壤中的大量有毒重金属，以降低其生物有效性并防止其进入地下水和食物链，从而减少环境和人类健康的污染风险。 适用于相对不易移动的物质。 主要应用在采矿、废气干沉降、污泥处置。 缺点：并未将重金属从土壤中彻底清除，当土壤环境发生变化时仍可能重新活化恢复毒性。 植物稳定 含义：指污染物被植物根系吸收后通过体内代谢活动来过滤、降解污染物质的毒性。 如六价Cr生物有效性最强，通过植物根系的降解作用后变成低价态的三价Cr，毒性大大减弱． 植物的降解作用与根际土壤环境密切相关。根际分泌物的存在，使土壤理化性质，如pH值、氧化还原电位、微生物组成等显著改变． 植物降解过滤 植物修复有机污染的三种机制 ①直接吸收并积累非植物毒性的代谢物； ②释放促进生物化学反应的酶； ③强化根际降解作用. 植物可在新的植物结构中贮藏，可使其代谢或矿化，还可使其挥发; 去毒作用可将原来的化学品转化为对植物无毒的代谢物如木质素等，贮藏于植物细胞内。 影响因素: 土壤水中的浓度和植物的吸收率、蒸腾率。植物的吸收率取决于污染物的物化特性和植物本身; 蒸腾作用是决定污染物吸收速率的关键变量，它又与多种条件相关. 直接吸收 与植物酶有关的有机物降解非常快，致使化学污染物从土壤中的解吸和质量转移成为限速步骤. 植物死亡后，酶释放到环境中还可以继续发挥分解作用; 但游离的酶系在低pH值、高金属浓度和细菌毒性下会被摧毁或钝化，而植物体内的酶则可得到保护. 释放酶 污染物通过根际吸附／吸收而进入植物体内； 植物通过向根际分泌氨基酸、糖类等小分子有机物而刺激微生物的大量繁殖，可间接促进污染物的根际微生物降解； 植物还可通过根际向土壤输氧，改变根际周围的氧化还原条件． 强化根际降解 我国生态学家从杂草中筛选出重金属超富集植物 中国科学院沈阳应用生态研究所周启星、魏树和等研究人员，以杂草为筛选对象，通过室外盆栽试验发现，蒲公英、龙葵等几种植物具有重金属超积累，即超富集特征。 所采用的研究方法，打开了从几十万种植物中筛选超富集植物的突破口。 周启星带领课题组通过大量文献调研，最终确定以杂草特别是农田杂草为研究