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  • 植物修复

    植物修复(phytore-mediation) ,是利用绿色植物清除环境中的污染物,使其去除降低或消失。主要对象是有毒重金属和有机污染物,是一种农学学科的名词词汇。

    编辑摘要

    目录

    简介/植物修复 编辑

    植物修复植物修复
    植物修复(phytoremediation)是利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害。植物修复的对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤水体。研究表明,通过植物吸收挥发根滤降解稳定等作用,可以净化土壤或水体中的污染物,达到净化环境的目的,因而植物修复是一种很有潜力、正在发展的清除环境污染的绿色技术。

    工作研究/植物修复 编辑

    植物修复植物修复
    植物修复的定义是,直接利用植物把受污染土地或地下水中的污染物(重金属、有机物……等)移除、分解或围堵。目前普遍认为利用植物修复的方法,来清除受重金属污染的土地,是一种较便宜且方便的作法,甚至有科学家指出,可利用植物的这种特性开采土壤中的金属矿物。美国纽泽西州即成功地利用植物修复的方法,把一处因制造电池而导致铅污染的土地复育成功。透过了解植物在重金属环境下的生存策略,有助于人类利用生物科技制造出可以大量吸收重金属的植物。基本上可以有效清除重金属污染的植物,最好须有下列特征:生长快速、根系能深植土壤、容易收割、能够容忍并累积多样化重金属。

    由于阿拉伯芥与水稻两种模式植物的基因密码已完成定序,加上目前已开发出的生物芯片,未来将有助于研究人员寻找植物中受重金属诱导而表现的基因。此外藉由大规模搜寻阿拉伯芥突变株中被破坏的每一个别基因,也可使研究人员真正了解究竟那些基因与植物在重金属逆境下的生长有关。当然从其它模式生物如细菌及酵母菌,甚至高等哺乳动物系统所获得的信息也是很有帮助的。藉由这些分子生物学的方法所得到的结果,除了有助于人们了解植物在重金属逆境下的生存策略外,未来也可应用于生物科技产业,帮助人们开发可大量累积重金属的植物新品种,供作植物修复用。

    有关植物修复的研究工作,主要是以下述两种策略进行,首先是藉由在植物体中大量表现,已存在于体内且和聚积重金属有关的单一基因,促使植物累积重金属的能力增强。另一种方法则是将一整套外来的,参与重金属代谢、吸收及累积途径的所有酵素,利用基因转殖的方式送进植物体内。目前已经有许多利用基因转殖技术成功生产抗重金属植物的例子,例如以色列的研究人员在烟草中加入具输送功能的基因(transporter),使烟草可以生长在含有高浓度镍的环境下。另外西班牙的研究人员则在阿拉伯芥中转殖可以受镉诱发,进而影响植物体内谷胱甘肽(glutathione)浓度的基因,结果发现转殖植株可以生长在含高浓度镉的环境下,并且将镉累积在叶片中。

    分类/植物修复 编辑

    它具有成本低、不破坏土壤和河流生态环境、不引起二次污染等优点。自20世纪90年代以来,植物修复成为环境污

    植物修复植物修复
    染治理研究领域的一个前沿性课题

    植物修复过程中可以具体分为5种:
    phytoextraction植物提取
    phytostabilisation植物固定
    phytovolatilization植物挥发
    phytoinfiltration植物过滤
    phyto-enhanceddegradation植物加强的降解作用

    植物转化

    原理:植物转化也称植物降解(Phytodegradation),指通过植物体内的新陈代谢作用将吸收的污染物进行分解,或者通过植物分泌出的化合物(比如酶)的作用对植物外部的污染物进行分解。植物转化技术使用于疏水性适中的污染物,如BTEX,TCE,TNT等军用排废.对于疏水性非常强的污染物,由于其会紧密结合在根系表面和土壤中,从而无法发生运移.对于这类污染物,更适合采用之后提到的植物固定和植物辅助生物修复技术来治理。

    根滤作用(Rhizofiltration)
    原理:借助植物羽状根系所具有的强烈吸持作用,从污水中吸收,浓集,沉淀金属或有机污染物,植物根系可以吸附大量的铅,铬等金属.另外也可以用于放射性污染物,疏水性有机污染物(如三硝基甲苯TNT)的治理。进行根滤作用所需要的媒介以水为主.因此根滤是水体,浅水湖和湿地系统进行植物修复的重要方式,所选用的植物也以水生植物为主。

    植物辅助生物修复(Plant-AssistedBioremediation)

    原理:通过植物的吸收促进某些重金属转移为可挥发态,挥发出土壤和植物表面,达到治理土壤重金属污染的目的。
    有些元素如Se、As和Hg通过甲基化挥发,大大减轻土壤的重金属污染。如B.Juncea能使土壤中的Se以甲基硒的形式挥发去除。还有的研究表明烟草能使毒性大的二价汞转化为气态的零价汞。Rugh等将细菌的汞还原酶基因转入Arabidopsistfialiana中,发现该植物对HgCl2的抗性和将Hg2+还原为Hg的能力明显增强。这一方法只适用于挥发性污染物,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,以减轻环境害。由于这一方法只适用于挥发性污染物,应用范围很小,并且将污染物转移到大气和(或)异地土壤中对人类生物又一定的风险,因此,它的应用将受到限制。

    植物萃取(Phytoextraction)
    原理:种植一些特殊植物,利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并运移至植物地上部,通过收割地上部物质带走土壤中污染物的一种方法。植物提取作用是目前研究最多,最有发展前景的方法。该技术利用的是一些对重金属具有较强忍耐和富集能力的特殊植物。要求所用植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点,并具备对多种重金属较强的富集能力。此方法的关键在于寻找合适的超富集植物和诱导出超级富集体。

    植物固定(Phytostabilization)
    原理:利用植物根际的一些特殊物质使土壤中的污染物转化为相对无害物质的一种方法。
    植物在植物稳定中主要有两种功能:
    1.保护污染土壤不受侵蚀,减少土壤渗漏来防止金属污染物的淋移;
    2.通过金属根部的积累和沉淀或根表吸持来加强土壤中污染物的固定。

    应用植物稳定原理修复污染土壤应尽量防止植物吸收有害元素,以防止昆虫、草食动物及牛、羊等牲畜在这些地方觅食后可能会对食物链带来的污染。

    然而植物稳定作用并没有将环境中的重金属离子去除,只是暂时将其固定,使其对环境中的生物不产生毒害作用,但并没有彻底解决环境中的重金属污染问题。如果环境条件发生变化,重金属的生物可利用性可能又会发生改变。因此,植物固定不是一个很理想的修复方法。

    现状/植物修复 编辑

    植物修复植物修复
    世界上大多数的工业国家都面临严重的重金属污染问题,因此开发有效的植物修复法,清除环境中的过量重金属已是刻不容缓的事情。在本文中人们看到部分平时极不起眼的植物竟然可以生长在重金属污染的土地上,且扮演超级清道夫的角色,让人们体会到当环境面临巨大转变,即环境逆境来临时,唯有透过生物多样性的维护,才能确保生物生生不息及地球的永续发展。另一方面藉由生物科技的兴起,科学家将能利用基因转殖的方式,在植物中导入和重金属耐受性与聚积性有关的基因,创造出可抵抗且累积多种重金属的转殖植物,供作植物修复用,以解决目前工业国家中严重的重金属污染问题。当然,未来实际应用这些转殖植物,来净化遭重金属污染土地的同时,仍需谨慎评估基因改良植物对生态环境的冲击。

    日本纽西兰,有研究人员把一些受铝诱发的基因送进植物体内表现,结果确实可使转殖植物生存在高浓度铝的土壤中。到了二○○三年,美国的研究人员更把细菌中抗镉的基因转殖入植物体内来加以表现,结果同样可以产生抵抗并累积高浓度镉的植株。因此,除了利用天然的重金属高聚积植物进行植物修复外,基因转殖植物将是未来植物修复工作的明日之星。

    植物修复在中国,从1999年开始,在国家“863”计划、“973”计划和国家自然科学基金重点项目的支持下,地理科学与资源研究所环境修复中心研究员陈同斌带领的研究组筛选出一种砷超富集植物,解决了砷污染土地植物修复技术中的一系列关键难题,在国际上建立了第一个污染土地的植物修复示范工程,并先后在广西河池和云南红河州开始推广应用。此外关于水体污染植物修复技术(漂浮植物修复技术)的研究工作也在推行之中。

    评价/植物修复 编辑

    优点及缺点
    优点:花费低,适应性广,无二次污染物
    缺点:修复周期长,对于深层污染的修复有困难,由于气候及地质等因素使得植物的生长受到限制,存在污染物通过“植物—动物”的食物链进入自然界的可能。

    相关文献

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    扩展阅读
    1《超积累植物商陆的锰富集机理及其对污染水体的修复潜力》
    2《有机污染物—重金属复合污染土壤植物修复技术研究》

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