修復(fù)土壤重金屬污染 找到植物新“能手”

土壤污染是全球性的環(huán)境問題，嚴(yán)重威脅人類健康和影響社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。合理應(yīng)對耕地重金屬污染是當(dāng)前我國民生改善急需解決的現(xiàn)實(shí)問題之一。

7月3日，記者從中國科學(xué)院昆明植物研究所獲悉，該所許建初研究團(tuán)隊(duì)多年來從事植物對重金屬的響應(yīng)機(jī)制和植物修復(fù)技術(shù)相關(guān)研究的李雄博士等，在土壤重金屬污染植物修復(fù)資源篩選及植物響應(yīng)重金屬的根際機(jī)理方面取得進(jìn)展，不僅篩選到新的植物資源，還有助于理解植物適應(yīng)重金屬污染土壤的根際機(jī)理。

植物去除土壤重金屬，綠色簡單又經(jīng)濟(jì)

據(jù)2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國土壤總的點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到16.1%，其中耕地、林地、草地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率分別為19.4%、10.0%、10.4%。從污染物來看，鎘、鎳、砷、銅、汞、鉛等重金屬及類金屬污染物的點(diǎn)位超標(biāo)率分別為7.0%、4.8%、2.7%、2.1%、1.6%、1.5%。

“應(yīng)對耕地重金屬污染，除了控制新的污染源，對已污染的耕地土壤需要進(jìn)行人為修復(fù)以阻止土壤中的重金屬進(jìn)入地下水或食物鏈。”李雄博士介紹，相對于物理和化學(xué)修復(fù)方法，利用植物吸收和富集重金屬的天然特性發(fā)展起來的植物提取技術(shù)具有簡單、經(jīng)濟(jì)、綠色等不可替代的優(yōu)點(diǎn)，是去除土壤中重金屬的有效方法。

目前，包括重金屬超富集植物在內(nèi)的許多植物，已經(jīng)被用于修復(fù)重金屬污染土壤的研究或工程中，但是植物提取的效率仍受制于多種因素。“因此，選育優(yōu)良的重金屬污染修復(fù)植物資源并解析植物耐受和富集重金屬的潛在機(jī)制對于通過植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)對突出的耕地重金屬污染問題具有重要意義。”許建初研究員說。

土壤鎘污染修復(fù)，找到漂亮好幫手

原產(chǎn)于美洲的大花金雞菊，是菊科金雞菊屬多年生草本植物，在我國有廣泛栽培。它對土壤要求不嚴(yán)，喜肥沃、濕潤排水良好的砂質(zhì)土壤。

大量研究表明，土壤鎘污染主要來源于大氣中鎘沉降，以及農(nóng)藥、化肥和塑料薄膜使用。此外，污水灌溉、污泥施肥、含重金屬廢棄物堆積以及金屬礦山酸性廢水污染等，也會造成土壤鎘污染。

在篩選污染土壤修復(fù)植物資源過程中，李雄等發(fā)現(xiàn)，大花金雞菊對重金屬鎘具有較強(qiáng)的耐受性，能在每千克20毫克左右的土壤鎘濃度下安然無恙。

“在每千克5至45毫克土壤鎘濃度下的地上部分的鎘富集系數(shù)和鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)表明，大花金雞菊是一種鎘富集型植物，可以用于土壤鎘污染的修復(fù)。”李雄介紹，在每千克20毫克土壤鎘脅迫下，大花金雞菊體內(nèi)的抗氧化酶和多種游離氨基酸被顯著誘導(dǎo)參與鎘解毒。

有意思的是，在植物根際，他們還發(fā)現(xiàn)多種微生物類群的豐度在鎘污染下顯著改變。在鎘脅迫下，植物生長促進(jìn)了微生物類群顯著富集。這些微生物可能還是鎘污染脅迫下維持大花金雞菊生長和活力的“好幫手”，有的直接影響植物對鎘的吸收，甚至部分微生物還可能參與了土壤中鉀的活化，從而調(diào)控植物對鎘的吸收。

此項(xiàng)研究，從植物生理和根際效應(yīng)方面解析了大花金雞菊耐受和富集鎘的潛在機(jī)制，研究結(jié)果發(fā)表在國際毒理學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《生態(tài)毒理學(xué)與環(huán)境安全》上。

對付土壤鉛鎘，大黃“兄弟”顯神通

鉛污染，是目前土壤無機(jī)污染中較為嚴(yán)重而且廣泛存在的問題。長期暴露于低濃度鉛污染環(huán)境，或可嚴(yán)重影響兒童的成長和神經(jīng)功能，包括智力發(fā)育。

李雄等通過種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，藥用大黃、掌葉大黃和雞爪大黃對重金屬鎘與鉛都有一定耐受性，它們在鎘、鉛復(fù)合污染的土壤中竟能正常生長。

富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)表明，大黃“兄弟”對鎘有較強(qiáng)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力，但對鉛的吸收能力很弱，這說明三種植物對鎘與鉛具有不同的應(yīng)對策略，在修復(fù)土壤鎘污染方面具有一定潛力。相對于未種植植物的土壤，三種大黃的根際土壤的理化性質(zhì)變化相似，或許是它們有不同的根系，各自“招募”了一些不同的根際細(xì)菌，不同的促生菌，也促進(jìn)了它們在鎘、鉛脅迫下的生長和活力，一些根際細(xì)菌可能直接影響植物對鎘和鉛的吸收。

此項(xiàng)研究，促進(jìn)了對同屬植物響應(yīng)重金屬特性異同的理解，研究結(jié)果發(fā)表在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威國際期刊《化學(xué)圈》上。(科技日報(bào)記者 趙漢斌)

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