修復土壤重金屬污染，找到植物新“能手”
發布時間：
2023-10-19
土壤污染是全球性的環境問題，嚴重威脅人類健康和影響社會經濟的可持續發展。合理應對耕地重金屬污染是當前我國民生改善急需解決的現實問題之一。
土壤污染是全球性的環境問題，嚴重威脅人類健康和影響社會經濟的可持續發展。合理應對耕地重金屬污染是當前我國民生改善急需解決的現實問題之一。
7月3日，記者從中國科學院昆明植物研究所獲悉，該所許建初研究團隊多年來從事植物對重金屬的響應機制和植物修復技術相關研究的李雄博士等，在土壤重金屬污染植物修復資源篩選及植物響應重金屬的根際機理方面取得進展，不僅篩選到新的植物資源，還有助于理解植物適應重金屬污染土壤的根際機理。
研究示意圖
植物去除土壤重金屬，綠色簡單又經濟
據2014年發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，我國土壤總的點位超標率達到16.1%，其中耕地、林地、草地土壤點位超標率分別為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位超標率分別為7.0%、4.8%、2.7%、2.1%、1.6%、1.5%。
“應對耕地重金屬污染，除了控制新的污染源，對已污染的耕地土壤需要進行人為修復以阻止土壤中的重金屬進入地下水或食物鏈。”李雄博士介紹，相對于物理和化學修復方法，利用植物吸收和富集重金屬的天然特性發展起來的植物提取技術具有簡單、經濟、綠色等不可替代的優點，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的許多植物，已經被用于修復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，選育優良的重金屬污染修復植物資源并解析植物耐受和富集重金屬的潛在機制對于通過植物修復技術應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。
大花金雞菊對鎘具有耐受和富集特性
土壤鎘污染修復，找到漂亮好幫手
原產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，喜肥沃、濕潤排水良好的砂質土壤。
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植物資源過程中，李雄等發現，大花金雞菊對重金屬鎘具有較強的耐受性，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和鎘轉運系數表明，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。”李雄介紹，在每千克20毫克土壤鎘脅迫下，大花金雞菊體內的抗氧化酶和多種游離氨基酸被顯著誘導參與鎘解毒。
有意思的是，在植物根際，他們還發現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，從而調控植物對鎘的吸收。
此項研究，從植物生理和根際效應方面解析了大花金雞菊耐受和富集鎘的潛在機制，研究結果發表在國際毒理學領域權威期刊《生態毒理學與環境安全》上。
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和積累的特性。
對付土壤鉛鎘，大黃“兄弟”顯神通
鉛污染，是目前土壤無機污染中較為嚴重而且廣泛存在的問題。長期暴露于低濃度鉛污染環境，或可嚴重影響兒童的成長和神經功能，包括智力發育。
李雄等通過種子萌發實驗發現，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、鉛復合污染的土壤中竟能正常生長。
富集系數和轉運系數表明，大黃“兄弟”對鎘有較強的吸收和轉運能力，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對策略，在修復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菌，不同的促生菌，也促進了它們在鎘、鉛脅迫下的生長和活力，一些根際細菌可能直接影響植物對鎘和鉛的吸收。
此項研究，促進了對同屬植物響應重金屬特性異同的理解，研究結果發表在環境科學領域權威國際期刊《化學圈》上。
本文轉自：科技日報
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