修复土壤重金属污染，找到植物新“能手”
发布时间：
2023-10-19
土壤污染是全球性的环境问题，严重威胁人类健康和影响社会经济的可持续发展。合理应对耕地重金属污染是当前我国民生改善急需解决的现实问题之一。
土壤污染是全球性的环境问题，严重威胁人类健康和影响社会经济的可持续发展。合理应对耕地重金属污染是当前我国民生改善急需解决的现实问题之一。
7月3日，记者从中国科学院昆明植物研究所获悉，该所许建初研究团队多年来从事植物对重金属的响应机制和植物修复技术相关研究的李雄博士等，在土壤重金属污染植物修复资源筛选及植物响应重金属的根际机理方面取得进展，不仅筛选到新的植物资源，还有助于理解植物适应重金属污染土壤的根际机理。
研究示意图
植物去除土壤重金属，绿色简单又经济
据2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤总的点位超标率达到16.1%，其中耕地、林地、草地土壤点位超标率分别为19.4%、10.0%、10.4%。从污染物来看，镉、镍、砷、铜、汞、铅等重金属及类金属污染物的点位超标率分别为7.0%、4.8%、2.7%、2.1%、1.6%、1.5%。
“应对耕地重金属污染，除了控制新的污染源，对已污染的耕地土壤需要进行人为修复以阻止土壤中的重金属进入地下水或食物链。”李雄博士介绍，相对于物理和化学修复方法，利用植物吸收和富集重金属的天然特性发展起来的植物提取技术具有简单、经济、绿色等不可替代的优点，是去除土壤中重金属的有效方法。
目前，包括重金属超富集植物在内的许多植物，已经被用于修复重金属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种因素。“因此，选育优良的重金属污染修复植物资源并解析植物耐受和富集重金属的潜在机制对于通过植物修复技术应对突出的耕地重金属污染问题具有重要意义。”许建初研究员说。
大花金鸡菊对镉具有耐受和富集特性
土壤镉污染修复，找到漂亮好帮手
原产于美洲的大花金鸡菊，是菊科金鸡菊属多年生草本植物，在我国有广泛栽培。它对土壤要求不严，喜肥沃、湿润排水良好的砂质土壤。
大量研究表明，土壤镉污染主要来源于大气中镉沉降，以及农药、化肥和塑料薄膜使用。此外，污水灌溉、污泥施肥、含重金属废弃物堆积以及金属矿山酸性废水污染等，也会造成土壤镉污染。
在筛选污染土壤修复植物资源过程中，李雄等发现，大花金鸡菊对重金属镉具有较强的耐受性，能在每千克20毫克左右的土壤镉浓度下安然无恙。
“在每千克5至45毫克土壤镉浓度下的地上部分的镉富集系数和镉转运系数表明，大花金鸡菊是一种镉富集型植物，可以用于土壤镉污染的修复。”李雄介绍，在每千克20毫克土壤镉胁迫下，大花金鸡菊体内的抗氧化酶和多种游离氨基酸被显著诱导参与镉解毒。
有意思的是，在植物根际，他们还发现多种微生物类群的丰度在镉污染下显著改变。在镉胁迫下，植物生长促进了微生物类群显著富集。这些微生物可能还是镉污染胁迫下维持大花金鸡菊生长和活力的“好帮手”，有的直接影响植物对镉的吸收，甚至部分微生物还可能参与了土壤中钾的活化，从而调控植物对镉的吸收。
此项研究，从植物生理和根际效应方面解析了大花金鸡菊耐受和富集镉的潜在机制，研究结果发表在国际毒理学领域权威期刊《生态毒理学与环境安全》上。
药用大黄、掌叶大黄和鸡爪大黄对重金属镉与铅都有一定耐受性和积累的特性。
对付土壤铅镉，大黄“兄弟”显神通
铅污染，是目前土壤无机污染中较为严重而且广泛存在的问题。长期暴露于低浓度铅污染环境，或可严重影响儿童的成长和神经功能，包括智力发育。
李雄等通过种子萌发实验发现，药用大黄、掌叶大黄和鸡爪大黄对重金属镉与铅都有一定耐受性，它们在镉、铅复合污染的土壤中竟能正常生长。
富集系数和转运系数表明，大黄“兄弟”对镉有较强的吸收和转运能力，但对铅的吸收能力很弱，这说明三种植物对镉与铅具有不同的应对策略，在修复土壤镉污染方面具有一定潜力。相对于未种植植物的土壤，三种大黄的根际土壤的理化性质变化相似，或许是它们有不同的根系，各自“招募”了一些不同的根际细菌，不同的促生菌，也促进了它们在镉、铅胁迫下的生长和活力，一些根际细菌可能直接影响植物对镉和铅的吸收。
此项研究，促进了对同属植物响应重金属特性异同的理解，研究结果发表在环境科学领域权威国际期刊《化学圈》上。
本文转自：科技日报
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