修復(fù)土壤重金屬污染，找到植物新“能手”

發(fā)布時間：

2023-10-19

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)實問題之一。

      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，該所許建初研究團隊多年來從事植物對重金屬的響應(yīng)機制和植物修復(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理。

研究示意圖

      植物去除土壤重金屬，綠色簡單又經(jīng)濟

       據(jù)2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，我國土壤總的點位超標(biāo)率達(dá)到16.1%，其中耕地、林地、草地土壤點位超標(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、綠色等不可替代的優(yōu)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(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。

大花金雞菊對鎘具有耐受和富集特性

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。

        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(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)實驗發(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)運系數(shù)表明，大黃“兄弟”對鎘有較強的吸收和轉(zhuǎn)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(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。

 

本文轉(zhuǎn)自：科技日報