重金属植物修复技术
植物积累重金属污染物的环境因素作用机理 • Eh（氧化还原电位）
重金属在不同的氧化还原状态下，有不同的形态且可互相转化。 例如，在还原条件下，有机结合态 Cd 最稳定，但在氧化条件下，有机结合 态镉则被转化为生物可利用的水溶态、可交换态或溶解络合态而释放到水 体中，并随 Eh 增大，其释放量增多。
植物固定技术
缺点：
植物稳定并没有彻底清除土壤中的重金属只是将其固定，使其对环
境中的生物暂时不产生毒害作用，没有从根本上解决重金属的污染 问题。
如果环境条件发生变化，重金属的生物有效性又会发生改变。因此 植物稳定的持久性令人怀疑。
04
根系过滤
根系过滤技术
•指利用植物根部过滤、沉淀土壤、富集污染物。 •适用于根际过滤技术的植物必须有较大的根系生物量，最好是须 根植物 •目前用于根系过滤的植物有向日葵、印度芥菜、宽叶、香蒲及烟 草等。根系过滤主要用于重金属污染的土壤，也可以是放射性核 素如U、Cs或Sr污染的水体。
此外，植物还可以通过改变根际环境（PH，PE）来改变污染物的化学形态。
在这个过程中根际微生物（细菌和真菌）也可能发挥重要作用。 例如 Cr6+具有较高的毒性，而通过转化形成的 Cr3+溶解性很低，基本没有毒性。 Cunningham 等研究了植物对环境中土壤 Pb 的固定，发现一些植物可降低 Pb 的 生物可利用性，缓解 Pb 对环境中生物的毒害作用。
利于反复种植，多次收割。
• 目前常用植物有：芸苔属植物（印度芥菜等）、油菜、工业用的大麻等。
重金属植物修复技术
植物提取应用
印度芥菜在高浓度可溶性Pb营养液中培养一段时间后,茎中Pb含量达到 1.5％； 印度芥菜还能吸收积累Cr、Cu、Zn、Cd 、Ni等重金属．
重金属植物修复技术
蜈蚣草
蜈蚣草，学名肾蕨，是一种多年生草本植物，在长江以南地区分布广泛。在 湖南各地，漫山遍野的蜈蚣草展现出顽强的生命力。它可吸附砷、铅等重金 属并转移到地面的枝叶里，其中它吸收土壤中砷的能力超过普通植物20万倍。
02
植物挥发
重金属植物修复技术
植物挥发是利用植物根系分泌的一些特殊物质或微生物使土壤中 的污染物（主要是Hg、Se、As）吸收到植物体内后转化为气态物质， 挥发出土壤和植物表面，释放到大气中。植物挥发要求被转化后的物 质毒性要小于转化前的污染物质，以减轻环境危害。
植物挥发技术
其机理是利用植物根系吸收金属，将其转化为气态物 质挥发到大气中，以降低土壤污染。目前研究较多的 是Hg和Se.
MerA
merA
MerB
植物体内 MeHg
Hg(Ⅱ) +CH4
merB
基因 导入
03
植物固定
植物固定技术
是指利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。在这一过程中， 土壤的重金属含量并不减少，只是形态发生变化。 分解、沉淀、螯合、氧化还原等过程
Pb Pb 土壤 Pb Cr6+
生物有效性最强
土壤的治理技术被提出，并成为研究和开发的热点。
技术研究发展历程简述
c. 90 年代后，利用基因工程改造超级累植物 20 世纪 90 年代至今，转基因技术在植物修复中的应用日臻成熟。 鉴别和分离出的基因种类有所增加，应用范围不断扩大，科技手段和技
术水平不断提高，逐步形成了一套比较完善的理论和技术体系。在理论
重金属植物修复技术
植物积累重金属污染物的环境因素作用机理 • 共存物质
1.络合——螯合剂
• 植物对金属离子的吸收与离子在溶液中的活度有关，螯合剂可增加金属 离子的溶解度但降低离子的活度。 • 络合剂首先与土壤溶液中的可溶性金属离子结合，以防止金属沉淀或吸 附在土壤上。随着自由离子的减少，被吸附态或结合态的金属离子开始 溶解，以补偿平衡的移动。 • 例如，EDTA 和 DTPA 在增加植物吸收 Pb 方面有效，而 EGTA 则对Cd
研究的同时，国外在植物修复技术的开发与推广方面也做了大量的开创 性工作。
重金属植物修复技术
• 1 植物修复技术分类
• 2 植物与重金属污染物作用机理
• 3 植物积累重金属污染物的环境因素作用机理
重金属植物修复技术
1、植物修复几种模式
植物挥发： 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。二甲基硒、二甲基二硒 指污染物被植物根系吸收后通过体内代谢活动来 植物过滤： 过滤、降解污染物质的毒性。Cr6+ Cr3+
土壤重金属污染的植物修复技术
张宇 2111704034 杜勇明 2111704017
重金属植物修复技术
目录（contents）
1 重金属植物修复技术机理概述 2 重金属污染修复植物种类及超累积/富集植物生理机制 3 重金属植物修复技术的研究和应用现状 4 重金属污染植物修复技术案例分析 5 重金属植物修复技术现存问题及改善措施
重金属植物修复技术
重金属植物修复技术机理概述
重金属植物修复技术 术
土壤重金属污染植物修复技术
植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染的理论
为基础，利用植物及其共存微生物体系消除环境中的污染物的一 门环境污染治理技术。
与传统修复方法相比，该技术成本低、过程简单，且环境友好。 植物修复一般针对污染环境的重金属。
植 物 修 复 技 术 分 类
01
植物提取 植物挥发
02
03
植物稳定
04
根系过滤
01
植物提取
重金属植物修复技术
植物的提取
• 利用金属积累植物或超积累植物将土壤中的金属萃取出来，富集并搬运到 植物根部可收割部分和植物地上的枝条部位。 • 适合植物萃取的理想植物应具有忍耐和积累高含量污染物；生长速度快、 周期短、生物量高、个体高大；植物对农业措施如施肥等产生积极的反应，
植物稳定：
利用特定植物的根或植物的分泌物固定重金，以降低其生物 有效性。不易移动的物质
利用植物对重金属的吸收，通过收获地上部来达到减少
植物提取： 土壤重金属的目的。 植物转化： 植物辅助 生物修复
植物吸收污染物后，在体内同化污染物或释放出某种酶， 将有毒物质降解为无毒物质
通过土壤中植物根系及其周围微生物的活动，把有机污染 物分解为小分子产物，或完全矿化为CO2.H2O，去除其毒 性
水科植物浮萍和水葫芦
可有效吸收清除水体中 的Cd，Cu和As等重金 属。
重金属植物修复技术
植物积累重金属污染物的环境因素作用机理
从环境条件的角度看，污染物的可修复性并不是污染物本身固有的，而是环境 状态表现的结果改变了环境状态，本来难以修复的污染物可能变得易修复了。
影响植物修复的因素
PH 值
Eh（氧化还原电位）
质产生毒性的总和。
（3）独立作用：指多种化学物质各自对机体产生毒性作用机理各不相同、互不影响， 立作用产生的总效应低于相加作用，但不低于其中活性最强者。 （4）拮抗作用：指两种或两种以上化学物质同时作用于生物体，其中一种化学物质可干扰 独
技术研究发展历程简述
a. 50-70年代开始植物修复技术理论研究 这一阶段的研究工作使人们初步认识了植物忍耐重金属的机理， 提出了回避机制、排除机制、细胞壁作用机制、重金属进入细胞质机
制、重金属与各种有机酸结合机制、酶适应机制、渗透调节机制等。
这些“机制”的提出，使人们对植物忍耐重金属的机理有了一个较为 全面的认识。 b. 70 年代至 90 年代初对超积累植物的研究 1977年Brooks提出了超积累植物的概念，1983年haney提出了利 用超积累植物消除土壤重金属污染的思想。随后,有关耐重金属植物 与超积累植物的研究逐渐增多，植物修复作为一种安全、廉价的污染
洋麻、 ATP硫化酶 CH3SeCH3 紫云英、 +CH3Se2CH3 （气态） 印度芥 菜
Se3+
Hg2+
Hg2+ Hg2+ Se3+ Se3+
携有细菌 Hg还原酶 基因 merA的 植物
Hg
低 毒
植物挥发技术
植物挥发为环境中具有生物毒性汞的去除提供了一种潜在的可能性。 植物挥发时将环境中的重金属转移至大气，若从区域整体环境质量考 虑，利用植物挥发修复重金属污染，应以不损害大气质量为前提。
共存物质 污染物的交互作用
生物因子
重金属植物修复技术
植物积累重金属污染物的环境因素作用机理 • PH 值
土壤酸度对重金属化合物的溶解与沉淀平衡的影响较为复杂。 土壤中绝大多数重金属是以难溶态存在的，其可溶性受 PH 值控制，即土壤重 金属随着 PH 值增加而发生沉淀，进而影响到植物的吸收与利用。 首先，大多数重金属元素（Cd、Zn、Cu 等）随土壤溶液 PH 值降低，其在土壤 液相中的浓度就会增加，从而有利于植物吸收重金属。 例如：超积累植物 Caerulescens 吸收 Zn、 Cd 量的大小是随土壤 PH 值下降而 增加。 其次，重金属元素的离子活度随土壤溶液 PH 值的降低而增加。例如，当土壤 溶液PH 值由 6.6 降低到 3.9 时，溶液中的有机 Cu 几乎由 99%降低至 30%， 极大地增加了 Cu2+离子的活度。 此外，对类金属性 As 等，因其在土壤中以阴离子形式存在，提高 PH 值将使土 壤颗粒表面的负电荷增多，从而减弱 As 在土壤颗粒上的吸附作用，增大土 壤溶液中的 As含量，植物对 As 的吸收增加。
最有效。
重金属植物修复技术
植物积累重金属污染物的环境因素作用机理
2表面活性剂
表面活性剂对土壤中微量重金属阳离子具有增溶作用和增流作用，而且表面 活性剂的链越长，其效应越高。 表面活性剂对土壤重金属具有解吸作用，而且当有重金属存在的情况下，表 面活性剂本身在土壤上的被吸附较弱。 例如，用 LAS、CTAB、Tween—80 等三类表面活性剂与镉的复合污染对小 麦生理状态的影响，发现三种表面活性剂都能促进小麦对镉的吸收，其作用 顺序为 CTAB＞LAS＞Tween—80；使用阴离子型 SDS、阳离子型 CTAB、 非离子型 TX100 等三种表面活性剂以及 EDTA 和 DPC（二苯基硫卡巴腙）