探析植物修復土壤重金屬污染的強化技術

董旭斌　陳巧超　董俐住　王一寧

摘?要：植物修復在土壤重金屬污染修復中具有諸多優點，是一種具有廣闊應用前景的環境友好型原位修復技術，但修復周期長和植物重金屬毒害等是制約植物修復的主要因素，本文對植物修復的概念和原理進行闡述，對植物修復強化技術的現狀進行介紹。

關鍵詞：土壤;重金屬污染;植物修復;強化技術

1 植物修復技術概述及原理

植物修復技術（Phytoremediation）是一種在土壤重金屬污染修復方面有著良好發展前景的綠色生物修復技術，植物修復技術屬于環境友好型修復技術，植物修復技術基于植物對土壤中重金屬物質的固定能力和吸收富集能力，利用植物根部分泌物將重金屬物質固定或者通過植物的吸收和富集效應將土壤中的重金屬轉移到植物體內，進而實現降低土壤重金屬污染的目的，植物修復按照原理不同主要分為下列三種類型：[1]

1.1 植物穩定

植物穩定是利用植物根系的吸附和氧化還原反應等作用將土壤中的重金屬固定在植物的根系中，從而降低其遷移能力或者將毒性高的重金屬物質轉化成低毒性的物質，植物的根系可以產生分泌物，植物根際微生物也會產生絡合物或螯合分泌物，進而將土壤中的金屬吸附或者穩定下來，使得重金屬穩定在植物根部。

1.2 植物提取

植物提取是指利用重金屬高富集或高耐受性的植物將土壤中重金屬吸收并轉移到植物體內，從而實現修復土壤的目的，該技術的關鍵點在于重金屬高富集和高耐受植物的篩選，根據有關資料，從Brooks等最早提出超級積累植物概念，目前已經有總計超過700種超級累積植物被篩選出來，植物提取在植物修復中應用比例最高。

1.3 植物揮發

植物揮發是指利用植物根部分泌出來的特殊物質與土壤中的某些重金屬發生反應，將高毒性的重金屬轉化成無毒狀態或通過植物根系的吸收將土壤中的重金屬轉化為氣態揮發物質，植物揮發在土壤重金屬修復方面是一種行之有效的方法，但土壤中的污染物質通過植物揮發進入空氣中后，會對大氣環境造成污染。

2 植物修復強化技術的研究進展

2.1 螯合誘導強化植物修復技術

螯合誘導強化植物修復技術主要是針對植物提取的強化技術，目前，應用比較普遍的螯合劑有乙二胺四乙酸鈉（EDAT-Na2）和乙二胺四乙酸（EDAT），螯合劑的配位性能比較廣泛，基本可以將絕大多數金屬離子轉化成為穩定的螯合物，通過向土壤中科學添加天然螯合劑和合成螯合劑就能夠使得土壤中的重金屬分布形態發生改變，使得土壤中不溶狀態的重金屬轉化成為可溶態的復合物，有效改善土壤中重金屬的活性，使土壤中金屬離子的溶解度很大程度得到改善，從而提高超級累積植物對重金屬的吸收率，有效增強了植物將土壤重金屬向地上部分轉移的效率，實現提高植物修復效率的目的，因此，螯合劑有強化植物修復能力的作用。天然螯合劑如：乙二酸四乙酸和蘋果酸等通常對環境造成影響的很小，目前主要的研究方向是如何從難降解合成螯合劑向環境危害小的螯合劑和易降解螯合劑的轉變，因此，生物可降解螯合劑如乙二胺二琥珀酸（EDDS）和檸檬酸（CIT）是當下研究的熱點。[2]

2.2 植物激素強化植物修復技術

植物激素強化植物修復技術也是針對植物提取的強化技術，植物激素也叫做植物內源激素或植物天然激素，植物激素是植物在自然生長的過程中自身產生的一種微量有機物質的總稱，植物激素可以從產生部位轉移到作用部位，通過比較低的濃度刺激可以調節植物的生長代謝活動。目前，被普遍認識的植物激素主要有生長素、乙烯、細胞分裂素、赤霉素和脫落酸五大類，[3]近年來，油菜素甾醇作為第六大類植物激素也普遍被人們認識和了解。植物激素有調節植物生長速率以及改善植物抵抗病害能力和適應環境能力的作用，通過使用植物激素強化修復技術可以加快植物生長代謝速率，提高植物對土壤中重金屬吸收效率和發生螯合的速率，進而實現強化植物修復效率的目的，根據有關研究顯示，植物激素對一些超級累積植物發芽率低、生長速度緩慢和繁殖效率低等問題有很好的改善作用，因此，利用植物激素強化技術對植物修復具有積極意義。

2.3 基因工程強化植物修復技術

基因工程強化植物修復技術基于生物化學和分子生物學，具體是指把在重金屬修復方面的異源目的基因導入到超級累積植物基因中，通過在超級累積植物中表達異源目的基因提高植物對重金屬的絡合、吸收、轉移和揮發等修復能力，從而強化植物修復對土壤重金屬污染的修復效率，目前，主要的異源目的基因有植物螯合肽（PCs）、金屬硫蛋白（MTs）和重金屬轉運蛋白等，異源目的基因的篩選和成功導入是該技術的關鍵，有關研究表明，利用基因工程向超富集植物中導入重金屬轉運體后的轉基因超富集植物對重金屬的富集能力、耐受能力和揮發能力明顯增強，因此，基因工程已經被公認為強化超富集植物土壤重金屬修復效率行之有效的方法，生物化學和分子生物學為該技術的持續發展提供了源源不斷的動力，也是未來植物修復強化技術發展潛力最大的研究方向之一。

2.4 微生物強化植物修復技術

微生物強化植物修復技術是借助土壤中微生物來協助超富集植物根系對土壤中重金屬進行吸收、穩定和絡合螯合反應的技術，植物修復效率受到各種復雜因素的影響，利用微生物強化植物修復技術輔助作用如：生物吸附、生物礦化、氧化還原反應等機制，可以有效改善植物修復的效率，微生物強化技術可以提高超富集植物對重金屬的吸收效率，能降低重金屬對植物的毒害，幫助植物正常生長。微生物強化植物修復技術目前主要是采用菌根或者接種植物內生菌的方式，以改善植物對重金屬的耐受性，促進植物對重金屬的吸收、轉移和揮發。該技術的難點在于目標菌株的篩選、評價、繁殖、制備和接種等一系列技術，雖然目前國內在菌種和微生物增強機理等方面研究有一定成效，但目前對微生物強化植物修復技術的理論和機理研究還遠遠不夠，對該技術的研究未來還需要不斷深入。

參考文獻：

[1]何軍良，祝亞平，朱密，周旋.土壤中重金屬污染的植物修復強化技術概覽[J].安全與環境工程，2019，1（26）：58-63+76.

[2]王雷.植物修復土壤重金屬污染的強化技術研究進展[J].中國新技術新產品[J].2019，（2）：133-134.

[3]袁金瑋，陳笈，陳芳，劉萬宏.強化植物修復重金屬污染土壤的策略及其機制[J].生物技術通報，2019，35（1）：120-130.