生物修复-译文.docx

植物-微生物交互作用：开发多效修复技术的新运用P.C. Abhilash1, Jeff R. Powell2, Harikesh B. Singh3 and Brajesh K. Singh2摘要 土壤修复，能在复原土壤肥力或者处理污染土地的同时产出生物燃料并封存碳，这对满足快速增长人口对的食物和能源需要，是很有吸引里的。因此植物修复技术增多并普及开来。植物修复的缺点，特别是那些低生产率只能利用污染物含有的某一类生物质的植物的缺点，可能通过新生物技术的处理，并利用新发展的我们理解的根际和植物组织内部植物和微生物化学交互作用改善。这篇文章重点介绍三种可行有用的生物修复技术：转基因，低投入的“设计师”植物，和纳米技术。1 土壤修复：节约宝贵资源土壤是支持生命的重要系统，是基本行星功能的中心，如初级生产者，生物气体和地球气候的管理者，生物地球化学和水循环，and生物多样性的维护。估计约有30%的土壤因为各种人类活动的原因，退化或受到了污染，而且这个水平还在不断增加。此外，各种污染物混合污染，如农药，重金属，烃类和新一代持久性有机污染物（POPs)，比如多溴联苯醚(PBDEs) ，多氯奈（PCNs ），全氟辛酸(PFOA) ，都是要注意的。在越来越多土壤受污染的情况下，利用有限可利用土壤生产更多食物和生物原料的需求越来越大。生物修复利用获得生物体或他们的产物，把污染物从环境中移除。植物和与之相关的微生物的利用，在土壤修复，成本效率，持续性和对环境的意义方面有所发展。一些植物的修复潜能很强。（表1）。污染区域的植物的生产，会带来无形价值，比如土壤碳封存，土质改善，增加生物量，产生生物生物燃料，美化环境，丰富生物多样性。但是植物修复的效果也受两种因素的影响：1、目标污染物的毒性。会减少受影响的土壤的生产力。2、各种极端环境情况，如动植物多样性减少，土壤有机质含量降低，极端ph，土壤质地、密度变化等，都会影响植物-土壤-水以及有效养分之间的关系。无论是否植物修复技术具有双重效果，这些问题都是亟待解决的。本文介绍植物-微生物联合处理技术的优点，并重点介绍该领域中新兴的技术。此外，我们讨论怎样运用植物-微生物交互作用和根际效应修复退化土壤，克服环境对生物修复的限制，并使环境，经济和社会共同受益。2 植物-微生物交互作用：使生态系统再生的低投入生物处理技术很多植物植物与根际微生物有交互作用。以前有很多工作着重于植物修复系统中的植物-微生物交互作用，但是这些交互作用怎样和环境修复中的其他生物技术联合使用并不得而知。植物能转变基因，以提高植物-微生物信号，或者环境中的化学干扰，可以达到一样的效果。植物生长过程中会在根周围分泌大量的化学物质供养根际微生物。有证据表明，有机酸，氨基酸，酚类物质对根际微生物有重要积极影响。此外，很多低分子量有机酸可以充当螯合剂，并且提高污染物的植物可利用性。将来，可能通过经筛选和隔离根际的高效分子信号，来更改根际生物群落，达到提高修复能力，改善生物修复的效果。因为移除根际污染物，结合遗传处理，可以提高植物的生长率，这个方法也可以用于提高生物量和修复效果3 植物修复中的转基因技术运用虽然生物燃料和生物能植物被认为是植物修复收回投资的最有潜力的方式，依然要广泛关注收获的生物质的使用和收获的植物中的有害物质的归趋。但是，组学技术的新发展，为蛋白质组学，代谢物组学，基因组学，元基因库，转录组等提供机会来为修复领域提供支持，提高了植物和微生物对各种有机无机污染的耐受、累积和降解能力。控制选用的植物提高吸收、运输和降解污染，植物生长，根系开发和对抗非生物影响因素的能力。将来，我们能定制植物对特定位点做修复。植物转基因学，可用于有机物的解毒和无机污染物的积累方面。转基因植物可以提取出选择性的金属转运蛋白，可以提高代谢硫的产量。此外，金属-排毒螯合剂，如金属硫蛋白和植物螯合肽，可以提高对各种重金属的吸收、转运和累积。同样的，转基因植物会产生不一样的细菌还原酶，可以提高汞和硒的蒸发率，以及砷在植物嫩叶中的积累。有大量的通过在植物组织中加入微生物基因而成功进行生物修复的案例。这些蛋白质基因密码，降解了有机污染物，或者利于金属转运。例如，转基因植物可以用污染物降解基因的构造净化爆炸物。高速生长并且高生物产量的植物种类，如柳树、白杨和麻风树，既可以用于生物修复，也可以产生能源。污染物降解基因在生物能源植物中的表达，会减少植物组织的有机污染负荷，并将促进种植园中植物产品的利用。在各种产生生物能的作物中，白杨是研究最多的，因为它生长速度快，短期（5~8年）就可以大量繁殖。很多杂交的白杨树有微生物降解基因，和可提高修复活性的特定转运蛋白。例如，白杨的急性微生物汞还原酶基因，会提高它抵抗汞毒性的能力。同样的，白杨中从大肠杆菌得到的谷胱甘肽转移酶对镉