镉超富集植物商陆及其富集效应

超累积植物筛选是重金属污染土壤植物提取修复的基础和核心问题,同时也是污染环境植物修复的难点及前沿。对株洲市铅锌冶炼厂生产区生长的8种不同的植物进行了采样和调查。通过生物量测定和植物体内镉质量分数分析,发现商陆(Phytolaccaacinosa)体内镉质量分数较高,生物量大,且呈现地上部的质量分数大于地下部的规律。通过室外盆栽模拟试验,进一步研究商陆对土壤中镉污染的忍耐、积累能力,以检验这种植物修复Cd污染土壤的可能性及其潜力。结果表明,在Cd污染水平大于50mg·kg-1条件下,商陆茎及叶的Cd含量分别超过了100mg·kg-1这一公认Cd超积累植物应达到的临界含量标准,其地上部Cd含量大于其根部Cd含量,且地上部Cd富集系数大于1。与对照相比,植物的生长未受到抑制,商陆对Cd的富集符合Cd超积累植物的基本特征。同时,利用吸收量系数对商陆的镉去除能力和富集特征进行了评价判断,证实商陆是一种Cd超积累植物,这为镉污染土壤的植物修复提供了一种新的种质资源。     

关于超富集植物的新理解

长期以来重金属超富集植物定义存在着严重的不足，新的评价系数的提出势在必行。文章在生物富集系数和转运系数的基础上创造性地提出了新的评价系数即生物富集量系数，其内涵为给定生长期内单位面积地上部分植物吸收的重金属总量与土壤含量之比。此系数的提出扩大了传统超富集植物的定义，使得富集质量分数未达某一水平，但生物量很大的植物也能作为超富集植物。这为今后超富集植物的筛选提供了一定的参考，为土壤重金属污染的植物修复工程提供了理论基础。     

菌根技术在重金属污染修复中的研究与展望

菌根技术作为一种生物新技术对于重金属污染土壤的生物修复正在为全球环境工作者所关注。在土壤中菌根及其庞大的菌丝体网可以分泌大量的生物化学物质，改变植物根际环境及重金属的存在状态或降低重金属的毒性；还可以通过在植物体内的累积以及菌根真菌菌丝体的螯合等各种机制，实现对重金属的提取和固定，达到菌根重金属修复的目的。文章通过讨论菌根植物对重金属修复的作用机制，提出今后菌根技术在重金属植物修复中的新思路；认为应在通过广泛调查、筛选超积累菌根植物的基础上，不断探索植物一微生物一菌根体系修复问题，同时认为应将基因工程引入菌根植物的重金属修复研究中，以促进土壤重金属污染的生物修复。     

锰超积累植物——水蓼

超积累植物筛选是重金属污染土壤植物修复的基础和核心问题,同时也是重金属污染环境植物修复的难点及前沿。本文通过野外调查与营养液模拟试验相结合的方法,初次发现并证实水蓼(Polygonum hydropiper L)是一种锰超积累植物。野外调查结果表明,生长在土壤锰含量为2000mg·kg-1的水蓼,叶部锰的富集量可达3675.89mg·kg-1,且转移系数为1.37。营养液模拟培养试验证实,当营养液中锰的浓度为5000μmol·L-1时,水蓼植株生长正常,但叶中锰含量超过了10000mg·kg-1,达到了锰超积累植物应达到的临界含量标准,水蓼地上部富集系数高达19.41(大于1),转移系数为1.05(也大于1)。当营养液中锰的浓度为15000μmol·L-1时,水蓼叶、根和茎三部分的锰含量均达到最大值,分别为24447.17mg·kg-1、11574.47mg·kg-1和10343.52mg·kg-1。这一发现为锰污染土壤和水体的植物修复提供了一种新的可能的种质资源。     

植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展

重金属进入土壤后难以被降解,并通过食物链在生物体内富集,长此以往会导致中毒、癌症、畸形、突变,严重影响了人类生产活动及地球生态系统的稳定。植物修复技术是一种经济有效的重金属污染修复技术,其依靠超富集植物强大的自身抗性机制,从土壤中提取或稳定重金属,达到污染治理的目的。然而修复土壤重金属污染的超富集植物通常生长缓慢、生物量低,其抗性机制也会受到植物本身对重金属胁迫的阈值限制,当胁迫超过这个阈值,植物修复的效率就会大大降低甚至失去修复功能。文章在解析植物重金属相互作用机制的基础上,综述了添加外源物质对重金属毒害植物的缓解效应以及其在强化植物修复土壤重金属污染中的应用研究进展;介绍了应用外源物质调控植物吸收转运重金属的3种途径,分别为提高土壤重金属生物利用度、促进植物生长以及增强植物耐性。提出了应用外源物质作为强化植物修复措施的潜力及今后的研究方向,其未来的研究应着重于以下方面:明确外源物质的应用浓度、时期、方式与植物吸收转运重金属之间的关系;从植物内源激素及信号分子间的互作、抗逆基因表达、内生及根际微生物等不同层面上揭示外源物质对植物积累重金属的调控机理;开展外源物质与其他植物修复强化技术的联合应用研究。这些研究可为土壤重金属污染的植物修复技术及其强化措施研究提供科学依据,同时也对植物修复工程技术的发展实践具有一定的指导意义。     

用AMMI双标图分析早稻稻米镉含量的基因型与环境互作效应

以湖南省广泛种植的31个早稻品种为基因型材料,在湖南省不同程度污染区选择15个试验点进行盆栽试验,利用AMMI模型(主效可加互作可乘模型)研究基因型与环境互作效应对稻米镉积累量及其稳定性的影响,以期筛选出具有低镉积累和环境适应性水稻品种。结果表明,早稻稻米镉含量受到基因、环境及两者交互作用的影响,环境及基因与环境的互作效应对早稻稻米镉含量有主导作用,变异平方和分别占总处理平方和的75.5%和21.7%;筛选出的V23(株两优706)、V29(湘早籼45号)、V20(两优早17)、V04(株两优15)4个早稻品种,属于稻米中Cd积累量较低且遗传稳定性好的基因型,适合一般污染区大面积种植;通过选择基因型与其有负向交互作用的地点组合可有效降低稻米镉含量;利用AMMI模型分析多品种、多点低镉品种筛选试验,对评价、培育、筛选、推广作物品种有指导意义。     

土壤重金属污染的植物修复技术综述

随着人类社会城市化和工业化不断发展,重金属在土壤中不断积累,对环境和人类健康产生极大危害.土壤重金属污染的植物修复技术作为一种环境友好型治理措施,以其低成本、治理过程的原位性等特点越来越受到国内外研究者关注.在参考国内外的相关文献基础上,主要从土壤重金属污染的来源以及危害出发,对超积累植物研究现状,该项技术中超积累植物的修复机理,以及修复植物的产后处置进行了综述,并对该研究领域存在的问题和今后的研究与应用进行了简要的讨论.参33.     

土壤重金属污染的植物修复中转基因技术的应用

重金属污染的植物修复技术以其费用低廉、不污染环境等优点一度成为环境科学界研究的热点。为了克服植物修复技术中超积累植物生长缓慢和地上部生物量小等带来的限制，近年来研究者通过大量试验研究发展，外源基因在植物体内的高效表达可以提高植物吸收、运输、降解污染物的能力和修复的效率。本文首先对目前国内外重金属污染土壤植物修复的研究动态进行综述，重点论述了PCs、MTs、MerA、MerB、ArsC、γ-ECS等转基因在土壤重金属污染植物修复中的应用，最后指出在充分考虑到转基因植物给生态环境带来潜在威胁的前提下，转基因技术的研究与开发不仅可以促进多学科的交叉研究和丰富环境科学的研究领域，更重要的是在很大程度上有效地克服了目前土壤重金属污染植物修复中存在并急需解决的棘手问题，为土壤重金属污染的植物修复提供了更加广阔的应用和发展前景。     

超积累植物和化学改良剂联合修复锌镉污染土壤后的微生物特征

通过盆栽试验,观察分析不同的土壤改良配方对重金属超积累植物东南景天盆栽土壤中细菌、真菌和放线菌数量、Cmic及Nmic的影响,以此来筛选出最优的促进东南景天修复锌镉污染土壤的改良剂配方。结果显示:细菌、真菌和放线菌数量,与土壤Zn、Cd的去除率、东南景天植株干质量、Cmic及Cmic/Nmic两两之间都呈现极显著正相关关系(但Cmic/Nmic与真菌数量仅呈显著相关)。添加了土壤改良剂后,细菌、放线菌、真菌的数量都有不同程度的增加,其中以细菌数量的增加最为显著,放线菌次之,真菌则对各种土壤处理相对较不敏感;在各种土壤配方中,添加了6 g赤泥、15 g污泥和15 g沸石的T7处理最有利于各类土壤微生物的生长,微生物量碳达到345.64 mg.kg-1,与其它处理之间都达到显著差异。因此,可以利用土壤微生物作为污染土壤改良情况的生物指标。该研究为下阶段研究化学改良剂-植物-微生物修复技术奠定了基础。     

丛枝菌根-植物修复重金属污染土壤研究中的热点

随着菌根研究和植物修复技术的发展,利用丛枝菌根强化重金属污染土壤的植物修复逐渐受到人们的重视。本文系统综述了当前的几个研究热点:(1)菌根植物吸收和转运重金属的分子机制;(2)AM真菌对超富集植物重金属吸收的影响及其机制;(3)AM真菌对转基因植物重金属吸收的影响及其机制;(4)AM真菌与其他土壤生物在植物修复中的复合作用;(5)丛枝菌根与化学螯合剂在植物修复中的复合作用;(6)重金属复合污染土壤的丛枝菌根-植物修复;(7)放射性污染土壤的枝菌根-植物修复;(8)丛枝菌根-植物修复的田间试验研究。在未来的丛枝菌根-植物修复研究中,要筛选优良的宿主植物和与之高效共生的AM真菌,加强相关理论和应用基础研究,并构建高效基因工程菌。     

土壤多环芳烃污染根际修复研究进展

多环芳烃(polycyclicaromatichydrocarbons,PAHs)是环境中普遍存在的具有代表性的一类重要持久性有机污染物,具“三致性”、难降解性,在土壤环境中不断积累,严重危害着土壤的生产和生态功能、农产品质量和人类健康。修复土壤多环芳烃污染已成为研究的焦点。根际修复是利用植物-微生物和根际环境降解有机污染物的复合生物修复技术,是目前最具潜力的土壤生物修复技术之一。对国内外学者近年来在土壤多环芳烃污染根际修复的效果、根际修复机理和根际修复的影响因素方面的研究进展作了较系统的综述,并分别分析了单作体系、混作体系、多进程根际修复系统和接种植物生长促进菌根际修复系统对土壤多环芳烃的修复效果。指出根际环境对PAHs的修复主要有3种机制:根系直接吸收和代谢PAHs;植物根系释放酶和分泌物去除PAHs,增加根际微生物数量,提高其活性,强化微生物群体降解PAHs。并讨论了影响根际修复PAHs的环境因素如植物、土壤类型、PAHs理化性质、菌根真菌以及表面活性剂等。植物-表面活性剂结合的根际修复技术、PAHs胁迫下根际的动态调节过程、运用分子生物学技术并结合植物根分泌物的特异性筛选高效修复植物以及植物富集的PAHs代谢产物进行跟踪与风险评价将成为未来研究的主流。     

牧草在重金属污染土壤治理中的修复和综合利用潜力

牧草易栽培,生物量大,产量高,在重金属污染土壤治理中具有良好的应用前景,既可作为农业生产的低积累饲用牧草,也可为重金属污染土壤修复提供高积累植物,是生物质能源植物和污染土壤修复的重要植物。综述了牧草在重金属污染土壤治理中的优势、积累特征、响应机制及主要牧草在重金属污染土壤治理中的应用和效益评估。分析了我国已发现的具有重金属污染土壤修复潜力的禾本科和豆科优良牧草类植物,对牧草吸收积累重金属的品种差异、单一/复合金属胁迫下牧草的响应及其机制等研究现状进行阐述,以期为利用牧草进行重金属污染土壤的治理和综合利用提供理论基础和实践参考。     

河流水生态修复阈值界定指标体系初步构建

生态阈值存在于各种生态系统中,在查阅国内外相关文献的基础上,通过对生态阈值的理论研究及在森林、草原、湿地、湖泊和河流等方面实践应用进行总结分析,指出生态阈值在河流生态系统研究中的不足之处。针对在高污染负荷下修复退化的水生态系统中,开展生态修复阈值的研究寥寥无几,关于界定河流水生态修复阈值指标体系的研究尚未出现。通过分析阈值在河流水生态修复中的重要性,指出河流水生态修复阈值确定是退化水生态修复的基础,为区域针对性修复水体提供科学依据和决策支持,更是水环境管理发展的迫切需求。在此基础上,从新的角度探讨和提出河流水生态修复阈值概念。河流水生态修复阈值,是依据河流生态系统自然属性和河流功能以及区域社会经济发展的需求来界定退化到何种程度的水生态系统需要进行修复,退化现状程度大于此修复阈值,则需进行人工修复;退化现状程度小于修复阈值,则无需进行修复。通过对指标体系构建原则、筛选方法及阈值计算方法的总结,提出河流水生态修复阈值确定技术路线,采用频度分析法和理论分析法相结合,从影响河流修复的6大要素(物理结构、水文条件、水质状况、水生生物、河流功能和社会经济)初步构建了河流水生态修复阈值界定指标体系及阈值计算方法体系,为下一步河流水生态修复阈值指标体系的定量筛选与阈值计算奠定了基础。     

环毛蚓在高羊茅修复土壤菲污染过程中的作用

为了解土壤动物在植物修复多环芳烃类化合物过程中的作用,采用盆栽试验法,对比研究了蚯蚓（Pheretima sp．）活动对高羊茅（Festuca arundinacea）修复土壤菲污染的影响效应以及各种生物、非生物因子在植物修复菲污染过程中的作用。结果显示,在20．05-322．06mg·kg^-1菲污染水平范围内,与相同污染水平下无蚯蚓作用的菲污染土壤中生长的植株相比,蚯蚓活动促进修复植物高羊茅的生长：试验期间（72d）,修复植物的单株生物量增加9．74％～21．53％,根冠比增加17．26％～21．44％。添加蚯蚓72d后,种植高羊茅的菲污染土壤中,菲的去除率高达61．70％～88．78％,其平均去除率（77．38％）比无蚯蚓活动的土壤-植物系统中的（68．36％）提高了9．02％,比无植物生长的对照组土壤（22．57％）提高54．81％。各种生物（如植物代谢、植物积累、动物积累、微生物降解、植物．微生物交互作用等）、非生物（如渗滤、吸附、光解、挥发等）因子中,植物．微生物交互作用对菲去除的平均贡献率（47．81％）最为突出,比无蚯蚓活动时（42．08％）提高5．73％。说明蚯蚓活动可强化土壤．植物系统对土壤菲污染的修复作用。     

重金属污染土壤植物修复研究进展

土壤重金属污染是当今世界面临的主要环境问题之一.植物修复定义为利用绿色植物去除环境中的污染物或使其无害化的生物技术.与传统环境修复技术相比,植物修复技术具有治理成本的低廉性,环境美学的兼容性,治理过程的原位性.本文主要对超富集植物的概念和特征、土壤重金属污染植物修复的方法和原理以及土壤重金属植物修复技术的强化措施进行了综述,并对植物修复的近期研究工作进行了展望.     

植物对卤代有机污染物吸收、迁移和代谢的研究进展

卤代有机污染物(Halogenated organic pollutants,HOPs)在环境中具有持久性、长距离迁移性、生物积累性和潜在的生物毒性等特点,HOPs所引起的环境问题已成为全球环境科学研究热点。植物是环境介质中各种污染物的重要存储体,也是各类污染物进入陆生食物链的重要途径。研究植物对HOPs的吸收、传输与转化特征,对明确HOPs的环境行为、生态风险评价及植物修复等都具有重要的意义。文章在总结了近年来国内外关于植物对HOPs累积研究的基础上,综述了植物对大气、土壤和水体中HOPs的吸收和传输特征、HOPs在植物体内的迁移特征和代谢转化途径,分析了影响HOPs在植物中的积累、传递、降解与转化行为的主要因素。研究表明,辛醇-空气分配系数(Octanol-air partition coefficient,KOA)和辛醇-水分配系数(Octanol-water partition coefficient,Kow)是影响植物吸收HOPs的关键因素,当化合物的log Kow值在6~8的范围内时,植物根系对HOPs的根系富集因子(Root concentration factors,RCFs)较高;植物体内的脂质含量、化合物的理化性质和环境介质的差异是影响HOPs在植物体内传输的重要因素;脱卤代原子是植物降解HOPs的主要途径,而甲氧基化和羟基化是HOPs在植物体内转化的主要模式,具有还原脱卤酶基因的土壤细菌和植物体内的硝酸还原酶(Na R)与谷胱甘肽硫转移酶(GST)能有效促进植物对HOPs的降解代谢。这些研究虽然都取得了一定的进展,但关于植物对HOPs积累迁移与代谢转化的研究仍处于起步阶段,文章就新型HOPs在植物体内积累、传输与代谢机制及采用植物修复技术降低HOPs的环境毒性等方面进行了讨论和展望。     

蚯蚓-植物联合修复土壤重金属技术研究:回顾与展望

由于自然和人类活动而产生的重金属污染是目前国内外主要关注的热点问题之一.生态环境部和自然资源部联合发布了一份中国土壤污染现状报告,报告提出中国土壤重金属污染总体形势严峻.蚯蚓-植物联合修复的效果优于单一的植物修复和蚯蚓修复的效果.本文在大量收集文献资料的基础上,回顾了我国的超积累植物研究现状和蚯蚓在植物修复土壤重金属污染的作用.对蚯蚓-植物联合修复优缺点进行归纳,展望了蚯蚓-植物联合修复应用的广阔前景,为蚯蚓-植物联合修复的应用提供参考.针对蚯蚓-植物联合修复技术的应用,指出了今后研究的重点与方向.     

利用美洲商陆修复锰尾渣污染土壤对后茬植物的影响

采用盆栽法研究用锰超富集植物美洲商陆(Phytolacca americana)修复锰尾渣污染土壤对后茬植物大豆(Glycine max)和绿豆(Phaseolus radiatus)的影响.经美洲商陆修复锰尾渣污染土壤后,后茬植物大豆和绿豆的镉、铅、锌和锰含量降低,污染土壤的毒性减弱,有利于这2种植物生长.经美洲商陆修复2～3 a,可显著减弱污染土壤对大豆的毒性.由此可见,在经美洲商陆修复的污染土壤上栽培大豆,可以增加含氮量,促进其他植物生长,从而维持锰尾渣污染区植被持续发展.     

菌根技术在环境修复领域中的应用及展望

菌根作为植物根系和真菌所建立的共生体,是生物界最为广泛的一种互惠共生现象。这一系统的形成能够有效增强植物的物质生产和抗病能力,全面改善宿主植物的生长状况,因此在新兴生态农业生产领域受到广泛重视。与此同时,菌根系统的形成可有效促进植物对污染或胁迫环境的适应能力,以及对环境污染物的去除能力,并能联合其它根际微生物共同发挥效能,在受损和污染环境生态修复领域具有巨大的潜力。近年来,菌根技术在环境修复领域中的应用正成为环境工作者关注的新兴方向,但目前仍处于起步阶段。文章在前人研究结果的基础上,对菌根技术在重要的环境修复领域,如面源污染综合防治领域、污染场地生物修复领域、受损和胁迫环境恢复重建中的试验研究和应用进展进行了综述,并结合其发展现状探讨了当前菌根技术在环境修复治理工程应用以及大规模工业化生产中的瓶颈问题,提出应在菌根真菌对异质环境的适应性、菌根系统的复杂性解析、以及内生菌根真菌分离纯化等关键理论与技术方面加大力度,尽早实现广适性功能菌种的工业化生产和多元＂生物制剂＂的开发,从而在环境修复领域发挥更大的作用。     

污染土壤中菲的修复技术研究进展

菲是多环芳烃中的代表性物质,具有"三致"效应,而且菲的蒸汽压小,辛醇-水分配系数高,生物可利用性低,是一种持久性有机污染物。随着化石燃料的大量使用,受菲污染的土壤越来越多,研究菲的修复技术对污染土壤的再利用具有重要意义。结合目前国内外研究进展,综述了污染土壤中菲的修复方法,包括物理修复、化学修复和生物修复。针对各种修复方法,阐述了其原理、修复条件、实例应用和优缺点,重点论述了植物修复和微生物修复方法的降解机理和应用,分析了微生物性质,包括氧、营养物、温度、土壤理化性质、共存污染物等环境因素对生物降解的影响。由于溶解性的菲有较好的迁移转化能力,因此表面活性剂的助溶作用适用于各种修复方法,选择合适的表面活性剂可以提高修复效果。在各种修复技术中,物理修复是通过物理技术实现菲的解吸与富集,无污染,但是去除率低;化学修复是使用氧化剂将菲氧化分解成无毒易降解的小分子物质或通过添加化学淋洗剂增加菲的溶解性,提高迁移转化能力,用时短,但是引入其他试剂,容易造成二次污染;植物修复是通过植物的提取、降解和固定等过程实现菲的修复,尤其是植物的根际环境为微生物的生长提供有利的条件;微生物修复以菲可作为微生物生长的碳源为基础,在分解酶的作用下实现菲的降解,但是生物修复周期长,可利用的生物少,而且可能生成毒性更高的中间代谢产物。因此,寻找合适的修复物种,采用基因技术提高生物的修复能力或多法联用、取长补短可提高修复效率。最后,在共降解理论的基础上,结合重金属和有机污染物共存时,一种物质的存在对另一种物质的降解有促进作用,提出了协同降解的概念,寻求对多种污染物有协同降解或共降解作用的修复方法是今后发展的主要方向。