超積累植物

超積累植物(3張)

植物能吸收利用並積累耐受環境中的金屬離子，將它們輸送並貯存在植物體的地上部分。因此研究不同植物對金屬離子的吸收特性、篩選出能耐受且能超量積累重金屬的植物是其中的關鍵 ^[2]  。

超積累植物是指那些能夠超量積累重金屬的植物，也有稱之為超累積植物或超富集體。Brooks等在1977年首先提出“hyperaccumulator”這一概念，後來也有人用“accumulator”、“ metalaccumulating plant”，但目前大多數文獻使用“hyperaccumulator”或“hyperaccumulatorplant”。超積累植物往往長期生長在重金屬含量較高的土壤上，並經過不斷的生物進化而形成的，或是通過遺傳工程或基因工程培育、誘導而成的。因此它們一般具有以下幾個重要特徵：(1)體內某一金屬元素濃度大於一定的臨界值。由於不同元素在土壤和植物中的自然濃度不同，因此，臨界值的確定取決於植物富集的元素類型。表1為常見重金屬在土壤和普通植物中的平均濃度以及超積累植物的臨界標準。(2)植物吸收的重金屬大部分分佈在地上部分，即有較高的地上部或根濃度比率。通常情況下，根內的Zn、Cd濃度往往比莖葉中的相應元素濃度高10倍以上，但在超積累植物中，莖葉內的重金屬濃度超過了根內的元素水平 。(3)在重金屬污染的土壤上這類植物能良好地生長，一般不會發生毒害現象。如邂藍菜屬的ZnCd超富集植物天藍遏藍菜（T．caerulescens）自然生長的土壤全鋅含量在218～16655ug/g，全鉛在409～6025ug/g，全鎘在4～118ug/g，交換性鉛在5～3000ug/g，交換性鎘在0.4～33ug/g。

蜈蚣草中的砷含量竟可以達到1-2%，而且多集中於地上部分，可做改良土質土壤，一年可以收割三次之多。中科院地理科學與資源研究所環境修復研究中心主任陳同斌，和他的研究團隊在國內砷最為集中分佈地帶之一的廣西環江地區，經長達3年時間研究找尋，一座有着1500多年曆史的石門礦被科研人員發現，並將該礦附近100多種植物納入搜索圈。經層層篩選以及遺傳性能鑑定，當地大量存在的一種優勢植物——蜈蚣草勝出。

東南景天(Sedum alfredii)是一種鋅、鎘、鉛超積累植物，能將鎘、鋅、鉛等較多地吸收到植株的地上部，有效減輕土壤重金屬污染。

東南景天的地上部鋅含量高達5000mg/Kg，富集係數為1.25～1.94，大於1；而營養液培養試驗發現，東南景天地上部鋅含量高達19674mg/Kg。

商陸(3張)

東南景天對鎘污染修復效率較大，能對鎘超積累。當土壤中鎘含量為12.5～50mg/Kg時，礦山生態型東南景天的地上部在一年內(兩茬)的積累量可達2～4mg/盆，其對土壤鎘清除率達16%～33%。礦山生態型東南景天特別適合修復低、中度鎘污染土壤。

“超積累植物”一詞最先是由Brooks等1977年提出的，當時用以命名莖中鎳含量（乾重）大於1 000 mg/kg的植物。Minguzzi和Vergnano在意大利Tuscany地區的富鎳蛇紋石風化土壤中找到了一種叫Alyssum bertolonii Desvaux（布氏香芥）的植物，該植物葉片中Ni的含量極高。Wild在非洲發現半卡馬菊（Dicomaniccolifera）也是一種Ni超積累植物。Cole在澳大利亞發現一種叫Hybantbus floribundas (lindl.)F Muell（多花鼠鞭草）的Ni超積累植物。Severn和Brooks在其他地方也發現了相同的Ni超積累植物。其幹葉中Ni含量達l%，葉灰分中Ni含量達23%。Ni和Cu都達到超積累水平。Jaffre報道了另一種Ni超積累植物——塞貝山欖（Serbertia accuminata），其汁液中Ni含量可達25.7%（乾重）。Brooks等對富Ni地區的植物標本進行分析後發現，Ni超積累植物主要產於幾個屬，在已鑑別出的168種植物中，有45種Ni超積累植物屬於庭芥屬( Alyssum)。上述這些發現激起了科學家們的極大興趣，促使Ni超積累植物的研究飛速地向前發展。

在Ni超積累植物研究快速發展的同時，其他類型的金屬超積累植物如Cu、Co、、Mn、Pb、Se、Cd和Zn也相繼被發現。超積累植物的概念已經擴大到植物對所有重金屬元素的超積累現象，即指超量積累一種或同時積累幾種重金屬元素的植物 ^[2]  。

重金屬指原子密度大於5g/cm3的金屬元素，包括Cd、Cr、Hg、Cu、Pb、Zn、Ag、Ni等。由於礦山開採、金屬冶煉、工業污水和污泥的農業應用，大量有毒有害的重金屬進入土壤系統，對生態環境造成嚴重的破壞。重金屬進人土壤中，首先會降低微生物數量和土壤酶活性，而且對土壤中有機污染物的降解、土壤的呼吸代謝、土壤的氨化和硝化作用都會產生抑制作用。其次，大多數重金屬具有可遷移性差，不能降解等特點，會在生態系統中不斷積累，毒性不斷增強，從而導致生態系統的退化，並通過食物鏈影響人體健康對於重金屬污染，傳統的治理方法有排土填埋法、稀釋法、淋洗法、物理分離法和化學法。這些方法不但費時、耗資，而且更容易造成環境的再度污染。因此，20世紀80年代起，土壤重金屬污染的植物修復研究開始起步。與傳統的處理方式相比，植物修復的主要優點是成本低，處理設施簡單，沒有二次污染，而且適合大規模的應用。

植物修復包括：植物提取、植物固定、植物揮發、植物過濾等方法。這其中，植物提取是一種集永久性和廣域性於一體的植物修復途徑。植物提取是利用一些積累或超積累植物對重金屬大量吸收並將其積累在地上部分，通過收穫地上部分來減少土壤中重金屬含量，而超積累植物的篩選是這一技術的關鍵。

超積累植物是指那些能夠超量積累重金屬並將其運移到地上部的植物，也可稱為超積累植物或超富集植物。一般認為超積累植物對重金屬的積累量超過一般植物100倍以上。而且，重金屬超積累植物的認定要考慮3個條件：①植物地上部(莖或葉)重金屬含量是普通植物在同一生長條件下的10~500倍，其臨界含量分別為Zn、Mn10000mg/kg，Cd100mg/kg，Au l mg/kg，Pb、Cu、Ni、Co、As均為1000mg/kg。②植物地上部重金屬含量應遠大於其根部該種重金屬含量，表現為特殊的吸收，轉運重金屬並儲藏於地上部的能力。③植物對重金屬具有較強的耐性，即能旺盛地在污染場地生長，植物生物量較大，生長週期短，能同時富集2種或2種以上重金屬 ^[3]  。