重金属超积累植物研究
10化41 10234027 汪杉椿
摘要：土壤重金属污染是当前面临的一个重大环境问题，而土壤重金属污染的植物修复尤其是超积累植物的应用是治理污染土壤的重要手段之一。

本文主要就重金属超累积植物的概念与选择标准，及其超累积的机理和在生态修复中的应用问题与前景进行综述。

关键词：重金属；超积累植物；植物修复
中国矿产资源蕴藏量丰富，分布遍及全国，随着铅锌矿的累年开发，矿渣、矿区废水不断污染周围农田。

此外各种工业废水和废气的排放及农田污泥的施用都造成农田土壤的重金属污染。

植物修复技术作为一种新兴的绿色生物技术，能在不破坏生态环境，保持土壤结构和微生物活性的状况下，通过植物的根系直接将污染元素吸收，从土壤中带走，从而修复被污染的土壤。

1 . 金属超累积植物
1.1重金属超累积植物的概念及选择标准
重金属超累积植物是指对重金属的吸收量较大，并能将其运移贮藏到地上部，且地上部重金属含量显著高于根部的植物，这类植物地上部的重金属含量是常规植物的10一500倍。

超累积植物吸收修复被重金属污染土壤的综合指标是净化率，即植物地上部吸收某种重金属的量与土壤中此种重金属总量的百分比。

超累积植物一般对某种元素是专一的，但是某些植物也能同时超累积两种或多种植物。

理想的重金属超积累植物一般具有以下特征：(1)可以耐受高水平的重金属；(2)地上部超量积累某种或几种重金属时，不影响植物的正常生长，通常超出普通植物的100倍以上，比如超积累植物积累的Cd含量可达100Lg/g(干重)以上，Co、Ni、Cu、Pb达1 mg/g以上，而Mn、Zn达10 mg/g以上；(3)生长迅速；(4)生物量大；(5)根系发达。

超积累植物可以用于环境污染的植物修复、
提取或回收重金属、地质探矿等方面，同时也为研究植物进化机制提供了优良素材。

重金属超积累植物目前已被广泛研究，许多已成功用于环境污染的植物修复。

2 . 重金属超累积植物累积重金属的机理
2.1 植物对重金属的运输与转移
重金属由根系进入木质部至少需要3个过程：进入根细胞，由根细胞运输到中柱，装载到木质部。

在内皮层由于凯氏带的存在，使得共质体运输在重金属进入木质部的过程中起着主导作用。

对Zn、Ni、Cd、Cu超积累植物的研究证实，有机酸、蛋白质、多肽、氨基酸和酚类在超积累植物对重金属的运输、储存中起重要作用，它们可以促进重金属在体内的运输，将根系吸收的重金属转运到植物的地上部分，以金属复合物形态存在于木质部汁液中、表皮细胞或叶肉细胞汁液中、液泡内或附着在细胞壁上，从而使植物尤其是超积累植物吸收、积累和贮存重金属成为可能，并在一定程度上起到体内解毒作用。

2.2植物对重金属的吸收
植物吸收金属离子均是从根系开始，但土壤中可为植物直接利用的金属形态(主要为可溶态)非常低，这就要求植物自身产生一些活化机制来活化土壤中的重金属。

超积累植物对根际土壤重金属的活化可能通过以下几个方面来实现[：(1)植物根系分泌质子酸化根际环境，促进重金属溶解；(2)植物根系分泌特殊有机物，促进土壤重金属溶解；(3)植物根系分泌金属螯合分子螯合和溶解与土壤结合的重金属；(4)在根细胞质膜上的专一性金属还原酶作用下，土壤中高价金属离子还原，从而溶解性增加。

总之，超积累植物对重金属的胁迫有多方面的防卫机制，通常是几种机制同时发挥作用，不能用单一的耐性机理来解释植物对重金属的耐性。

而且对于不同的超积累植物，起主导作用的机制可能不同。

3 . 超积累植物的耐性机理研究
耐性是指植物体内具有某些特定的生理机制，使植物能生存于高含量的重金属环境中而不受损害，此时植物体内具有较高浓度的重金属。

受植物的生态学特性、遗传学特性等因素所决定，不同种类植物对金属污染的忍耐性不同；同种植物的不同种群由于其分布和生长环境的差异，再加上长期受不同环境条件的影响，也会表现出不同的忍耐性。

植物对重金属的耐性是植物体内的生理作用机制，
是基因突变产生的基因型，因而是具有遗传性的。

4. 超累积植物在生态修复中的优势
虽然目前重金属污染土壤的植物修复技术还处于试验与示范阶段，但已显露出常规方法所不及甚至没有的技术和经济上的双重优势。

具体表现在：(l)超累积植物的生态修复在工程中可以原位实施，从而减少了对土壤性质的破坏和对周围生态环境的影响，可称是真正意义上的“绿色修复技术”；(2)该技术是一种成本较低的技术，据估算，生态修复比其它传统方法可减少50%一80%的费用；(3)该技术无需专门的设备和专业操作人员，因而工程上易于推广和实施；(4)超累积植物的生态修复符合人类可持续发展的目标，既不向系统中加入化学物质，也不会导致二次污染，并将以其潜在的巨大优势得到社会的广泛关注和期待。

5. 未来研究方向
超积累植物的研究前景良好，但这些研究仅限于少数几种超积累植物，而这些植物大多生长速度缓慢、植物矮小、生物量小、地域性强，大多只能修复一种重金属污染，并且至今对其分子和生理机制仍不很清楚。

因此，今后应加强以下几方面的研究：
(1)将超积累植物的超积累特性关键基因转移到生物量高的植物中，通过修饰改变植物吸收、运输和累积忍耐金属的一些特征，增加植物修复商业化运作的可能性，使得植物修复技术具有很大的商业化潜力。

(2)采用基因手段调控植物的富集能力，培育出高产、高效和可富集多种重金属的超积累植物，也将是植物修复获得突破性进展的途径之一。

(3)植物体中重金属的吸收转运的跨膜(包括质膜和液泡膜等)机理及其相关转运蛋白的研究。

(4)应用螯合诱导植物修复技术需要正确评价鳌合剂的效果与强化金属移动后的潜在负面效应，保证在螯合诱导超积累操作中避免或不产生次生环境问题。

(5)植物吸收和忍耐重金属机理研究，及其从细胞亚细胞水平和分子水平探明重金属在植物中的分布定位和结合形态。

(6)在自然界尤其是在被重金属污染的矿区，对超积累植物资源进行调查筛选和鉴定收集，建立超积累植物的数据库。

(7)通过加工工艺将超积累植物残体内的重金属提纯回收利用，变废为宝，提高重金属的利用率，防止二次污染
(8)对土壤进行工艺研究，结合土壤改良剂，提高植物对重金属的积累速率和水平。

相信在不久的将来，超积累植物会得到的重视与利用，并在重金属污染治理，生态修复等领域发挥出重要作用。

参考文献：
[1]方其仙，李元，祖艳群•重金属超累积植物及其在生态修复中的应用
[2]陈一萍•重金属超积累植物的研究进展•环境科学与管理•第33卷第3期2008年3月
[3]万云兵,李伟中•超累积植物富集重金属的分子生化机理•四川环境2004年第23 卷第5期
[4]张春华，毛亮，周培，高扬，施婉君，靳治国•超积累植物与非超积累植物吸收累积重金属的差异性研究•上海交通大学报•第28卷第6期。