经常被作为吸收重金属试验的植物
变叶木 马齿苋
仙丹花
鹅掌藤
美人蕉
孔雀草
适应重金属胁迫的植物
适应重金属
胁迫的植物
不吸收或少吸收重金属
将吸收的金属钝化在 植物的地下部分
大量吸收金属的同时正常生长
在金属污染土壤中生产 符合环境源自准的农产品通过栽种植物积累金属， 收获后进行植物提取
环境中放射性核素的去除
1、土壤农药残留污染的控制与生物修复
防治农田病虫害、杂草、保证农作物高产的重要手段；又 是控制某些传染性疾病如疟疾、黄热病、脑炎、丝虫病以 及登革热等的重要药剂。
大部分直接落入土壤 植物吸收 飞扬到大气中 随水流走
土壤农药污染生物修复机理
主要通过微生物的转化作用。
农药被土壤微生物降解的基本机理
（假单细胞菌属、诺卡氏菌属和曲霉菌属）
➢ 已有的方法：将土壤从污染点搬移，然后用分散 剂或鳌合剂进行处理。
➢ 植物可从污染的土壤中吸收并累积大量的放射性 核素，因此植物去除是一个值得研究的方法。
➢ 植物对放射性核素的吸收与植物种类及土壤的性 质有关。土壤的粒子交换能力越强，植物吸收放 射性核素的能力越大。
植物在富营养化水体的水质净化中的应用
高等水生植物净化水体的特点
以大型植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协 同效应，经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附 和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属元 素也有去除效果。
第二节 农田土壤污染的生物修复
无机营养物质
植物生长、发育的需要
有机废物 土壤微生物
土壤形成的基础 土壤净化的原因
微生物修复的生物类型
➢土著微生物：环境中固有的微生物 ➢外来微生物：需大量接种的高效菌 ➢基因工程菌（GEM）
影响微生物修复的因素
营养盐： 需添加氮、磷营养元素 电子受体： 电子受体种类和浓度直接影响微生物降解的速
度和程度。对于好氧生长的微生物，通过不同 方式增加氧的供给，加速污染物的清除。常见 方法有翻耕土壤、直接充氧和加入氧发生剂供 氧。 表面活性剂：有助于对亲水性差的污染物质的降解。
富营养化水体 ➢ 水华和赤潮 ➢ 防治水体富营养化的对策：
• 控制外源性营养物质的输入； • 减少内源性营养物质的负荷。 ➢ 防治水体富营养化的措施： • 工程性措施：挖走底泥、水底深层曝气等； • 化学法：凝聚沉降、化学药剂杀藻等； • 生物法：即生物修复，利用水生生物吸收氮、磷
进行代谢活动从而除去水体中的营养物质。
植物在土壤修复中的应用
1、土壤环境中金属 污染生物修复
我国每年因重金属污 染的粮食达1200万吨！ 直接经济损失超过200 亿元，而这些粮食可 养活4000多万人。
广东最著名的“癌症村”——上坝村重金属污染
该村18年间有250多人死于癌症，祸起矿山剥采污染水源，央视曾称其为“死亡村庄”
下游的水田被严重污染，无法种植农作物
横石水稀释10000倍，水生物还是不能在里面 存活24小时。其毒性可顺延下游50公里。 上坝村民生存在一个重金属污染到处存在的环境中，当地种出来的香蕉，镉超标187倍
运用植物去除有毒重金属的新型态植物修复技术
植物修复技术是透过植物体本身吸收并累积重 金属的过程来移除土壤中的重金属。
植物去除有毒重金属机制
农药
土壤微生物
降解
脱卤作用和脱烃作用
农药污染土壤的微生物修复手段
原位生物修复技术
将受污染土壤在原地处理。处理期间, 土壤基本不被搅动。最常见的是土壤的 水饱和区进行生物降解。除了要加入营 养盐,氧源外，还需引入微生物以提高生 物降解的能力。这种方法因受温度和土 壤类型的影响而具有一定的局限性。
• 目标化合物必须能够被微生物利用，污染场地不含对降解菌种
有抑制作用的物质，否则需先行稀释或将该抑制剂无害化；
• 污染场地或生物反应器的环境条件必须
有利于微生物生长或保持活性；
• 技术费用必须尽可能低。
生物修复主要生物种类及其修复原理
一、环境污染的微生物修复
有机污染物
微生物的降解和转化
无害的小分子化合物和二氧化碳与水
以生物修复为核心的生物治理技术种类
原位生物修复（in situ）
采取就地解决问题的技术方案， 即在污染区域直接使用修复技 术而无需将其转移。
异位生物修复（ex situ）
需要通过某种途径将被污 染物从污染现场运到一指 定地点进行集中处理。
成功的生物修复需具备的前提条件
• 必须存在具代谢活性的微生物，这些微生物在降解或转化化合物 时必须达到一定的速率，且不会产生有毒物质；
绿色植物的光合作用
净化大气中的尘埃、气溶胶、重金属和有机污染物
土壤生态系统-高效的“活过滤器”
土壤净化功能主要组成要素
1、绿色植物根系的吸收、转化、降解和生物合成作用 2、土壤中的细菌、真菌和放线菌等微生物的降解、转
化和生物固定化作用 3、土壤的有机、无机胶体及其复合体的吸收、络合和
沉淀作用 4、土壤的离子交换作用 5、土壤和植物的机械阻留作用 6、土壤的气体扩散作用
共代谢基质: 微生物可通过共代谢加速降解一些难降解有机物。
二、环境污染的植物修复
植物修复的特点
可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，适用 于大面积、低污染的区域。
环境污染的植物修复机理 有机物的降解与去除
1) 植物对有机污染物的直接吸收作用 2) 植物释放分泌物和酶 3) 根区的矿化作用
矿化作用是在土壤微生物作用下 ，土壤中有机态化合物 转化为无机态化合物过程的总称。
金属硫蛋白(Metallothionein)与金属螯合素(Phytochelatins) 是担负重金属处理机制中最重要的角色。
典型的金属硫蛋白具有61-74个氨基酸，其中含有20 个半胱氨酸(cysteine)，每一个金属硫蛋白就可结合七 个二价重金属离子如镉、铬、锌等.
金属螯合肽主要由谷胱苷肽(glutathione, GSH)所组成， 其结构为谷氨酸-半胱氨酸-甘氨酸(r-Glu-Cys-Gly)。 GSH能够缓解重金属对植物细胞的毒害作用.
第十章 污染环境的生物修复
第一节 生物修复概论
生物修复的基本概念
生物修复（bioremediation） 生物修复是生物特别是微生 物催化降解有机污染物，从 而修复被污染环境或消除环 境中的污染物的过程。
生物恢复（biorestoration）、生物清除（bioelimination）、 生物再生（bioreclamation）或生物净化（biopurification）。