Pb(铅)富集植物品种的筛选

为选择和筛选富集重金属或对重金属具有耐性的植物，为利用植物修复重金属污染土壤提供参考，该研究通过温室砂培和土培的方法，对生长于铅锌尾矿区的36种植物进行了筛选，以叶片叶绿素含量、株高、植株含Pb量为Pb富集植物的筛选指标。同时满足下列条件，即：植物叶片中叶绿素含量：处理/对照＞0.90；株高：处理/对照≥1.00和含Pb量＞500 mg/kg的植物可以用做进一步的耐性试验。按以上标准筛选出6个富集Pb的植物品种，分别是香根草、绿叶苋菜、裂叶荆芥、羽叶鬼针草、紫穗槐和苍耳。     

过量硼对植物的毒害及高硼土壤植物修复研究进展

硼作为一种植物必需元素,在土壤中过量存在会对植物产生毒害,硼对植物的毒害作用以及利用植物修复高硼土壤已经日益受到关注。目前,硼对不同类型植物的毒害特点,植物的耐受机制还不十分清楚。特别是对于硼污染的植物修复,其研究还处于起步阶段。本文分别从植物的表观症状、生理生化和基因水平等层次,综述了过量硼对植物的毒害,并从高耐受性、超富集能力植物筛选,以及转基因技术应用等角度回顾了硼污染的植物修复研究进展。在此基础上,提出了当前相关研究存在的主要问题,并对未来的研究进行了展望。     

铅污染土壤的植物修复技术研究

量大面广的铅污染土壤已成为国内外环境保护与治理中不可忽视的问题,植物修复技术在治理铅污染土壤方面具有多种优势。综述了植物修复技术的特点及类型、目前已发现的铅超富集植物及其筛选方法、植物富集铅能力的影响因素和铅超富集植物耐性和积累机制等方面的研究进展,并指出了目前尚未解决的问题及未来发展趋势。     

间作条件下超积累和非超积累植物对重金属镉的积累研究

通过温室盆栽试验,研究了超积累植物龙葵、非超积累植物黑麦草、苋菜分别与玉米间作条件下对重金属Cd的积累特性。结果表明,几种间作作物中地上部生物量最大的是龙葵,其次是苋菜,最小的是黑麦草,其中土壤Cd浓度为1.59 mg/kg时,龙葵地上部生物量分别是苋菜、黑麦草的2.41、10.6倍;土壤Cd浓度为1.92 mg/kg时,龙葵地上部生物量分别是苋菜、黑麦草的2.42、9.06倍,3种富集植物地上部生物量的差异达到显著水平。玉米间作条件下超积累植物龙葵各器官中Cd含量表现为叶茎籽粒根,即地上部大于根部;而苋菜中Cd含量表现为根茎叶,黑麦草中Cd含量表现为根部地上部,即非超积累植物Cd含量为根部大于地上部。土壤中Cd含量为1.59 mg/kg时,龙葵地上部Cd累积量分别为苋菜、黑麦草的28.0、59.9倍;龙葵的富集系数是苋菜、黑麦草的28.2、59.3倍,转运系数分别是苋菜、黑麦草的8.08、55.9倍。土壤中Cd含量为1.92 mg/kg时,龙葵地上部Cd累积量分别为苋菜、黑麦草的30.8、43.5倍;龙葵的富集系数分别是苋菜、黑麦草的29.4、41.4倍,转运系数分别是苋菜、黑麦草的7.98、53.6倍。综上可知,超积累植物龙葵对土壤中Cd的吸收与转运能力远远大于非超积累植物苋菜、黑麦草,龙葵是最理想的与玉米间作的Cd污染土壤修复的植物修复材料。     

土施超富集植物秸秆对荠菜生长及镉积累的影响

[目的]研究超富集植物秸秆对富集植物重金属积累的化感作用,为镉污染土壤的植物修复研究提供参考。[方法]通过在镉污染土壤中施用镉超富集植物〔(红果黄鹌菜Youngia erythrocarpa)、三叶鬼针草(Bidens pilosa)、少花龙葵(Solanum americanum)和豨莶(Siegesbeckia orientalis)〕秸秆,研究了4种镉超富集植物秸秆施入土壤对镉富集植物荠菜生长及镉积累的影响。[结果]4种镉超富集植物秸秆施入土壤均提高了荠菜地上部分生物量、总生物量和抗性系数,同时提高了荠菜叶片SPAD值(绿色度)。土施红果黄鹌菜秸秆提高了荠菜根系、茎、叶片及地上部分的镉含量,分别比各自对照高11.81%,102.07%,12.00%和54.95%,同时也提高了土样有效态镉含量,其余3种处理均低于各自对照。土施红果黄鹌菜秸秆的荠菜地上部分和整株的镉积累量均高于对照,分别为42.11和54.74μg/株,比各自对照高83.09%和54.11%,而其余3种处理的镉积累量均低于对照。[结论]土施红果黄鹌菜能够提高荠菜对土壤镉的积累,有利于提高荠菜对镉污染土壤的修复效果。     

花卉植物硫华菊的镉积累特性研究

为从花卉中筛选镉超富集植物用于镉污染土壤的修复,采用土壤高浓度镉污染法从5种花卉植物中筛选出具有镉富集植物基本特征的花卉植物硫华菊,并通过盆栽试验和小区试验,进一步研究硫华菊的镉积累特性。结果表明:随土壤镉浓度的增加,硫华菊的生物量、光合色素含量及可溶性蛋白含量均呈先增后降的趋势,SOD活性、POD活性呈增加的趋势,但CAT活性则呈降低的趋势。镉在硫华菊各个器官中的分布大小顺序为:根系茎秆地上部分叶片。硫华菊根系、茎秆、叶片及地上部镉含量随土壤镉浓度的增加呈增加的趋势,且在土壤镉浓度大于10mg/kg时,硫华菊地上部分镉含量均超过镉超富集植物临界值(100mg/kg)。不同浓度镉处理的硫华菊地上部分镉富集系数(BCF)均大于1,但转运系数(TF)均小于1。硫华菊根系、茎秆、叶片及地上部分镉积累量随土壤镉浓度的增加均呈先增后降的趋势,地上部分镉积累量最大值为479.34μg/株(土壤镉浓度为100mg/kg)。小区试验研究表明,在土壤镉浓度为2.04~2.89mg/kg时,硫华菊地上部分镉积累量为4.54~5.60mg/m~2。因此,硫华菊是一种镉富集植物,且修复能力较强,可有效地修复镉污染土壤。     

重金属污染土壤的植物修复研究Ⅰ.金属富集植物Brassica juncea对铜、锌、镉、铅污染的响应

用来修复污染土壤的理想植物应具有高的生物量并能忍耐和积累污染物.印度芥菜(Brassica juncea)能富集多种重金属且生物量较大.本文研究了Zn、Cd、Cu、Pb 4种重金属对印度芥菜生长的影响,特别是重金属对印度芥菜地上部生物量的影响.结果表明,在含Cu 250 mg/kg、Pb 500mg/kg或Zn 500mg/kg的污染土壤上,印度芥菜能够忍耐,正常生长.印度芥菜在含Cd 200 mg/kg的土壤上发生镉毒而出现失绿黄化症状,Cd与中等浓度的Zn、Cu、Pb共存时毒害更为严重.这种植物适合Cu、Zn、Pb中等污染土壤的修复.     

营养元素与螯合剂强化植物修复重金属污染土壤研究进展

植物修复技术具有安全、环保、经济、操作简单等独特优势,符合未来重金属污染土壤修复技术的发展趋势,因而应用前景广阔、发展潜力巨大。然而,修复周期长、超富集植物生物量不足、修复效率低、修复范围有限等缺点限制了植物修复的大规模应用。因此,如何增强植物修复效果逐渐成为一个土壤修复热点问题。螯合强化能显著增加土壤中有效态重金属的含量并提高其迁移转化能力。营养元素的施加则有利于维持植物在重金属胁迫下的生长。对螯合剂和营养元素(N、P、K)强化植物修复的作用方式和强化效果进行了总结,深入分析了内在的作用机制以及影响因素,探讨了强化技术目前存在的问题,并对螯合剂与营养元素联合强化的可行性进行了展望。     

重金属污染土壤的植物修复研究Ⅰ.金属富集植物Brassica juncea对铜、锌、镉、铅污染的响应

用来修复污染土壤的理想植物应具有高的生物量并能忍耐和积累污染物。印度芥菜(Brassica juncea)能富集多种重金属且生物量较大。本文研究了Zn、Cd、Cu、Pb 4种重金属对印度芥菜生长的影响,特别是重金属对印度芥菜地上部生物量的影响。结果表明,在含Cu 250 mg/kg、Pb 500mg/kg或Zn 500mg/kg的污染土壤上,印度芥菜能够忍耐,正常生长。印度芥菜在含Cd 200 mg/kg的土壤上发生镉毒而出现失绿黄化症状,Cd与中等浓度的Zn、Cu、Pb共存时毒害更为严重。这种植物适合Cu、Zn、Pb中等污染土壤的修复。     

植物修复镉污染土壤的差异性研究

以茶花凤仙和百日草为供试植物,对不同镉浓度条件下两种植物的生物量、镉含量及其对镉的吸收、富集状况进行了研究.结果表明,不同程度镉浓度处理的土壤中生长的茶花凤仙和百日草对镉的吸收和富集特性不同,生物量随土壤镉浓度的升高而升高,但达到一定浓度时,生物量又随土壤镉浓度的升高而降低.茶花凤仙在低浓度区域,富集镉的能力要强于百日草,但是在高浓度区域时,茶花凤仙富集镉的效果却低于百日草的富集效果.本试验中所选的两种植物,百日草和茶花凤仙均没有达到超积累植物要求的标准.     

重金属污染土壤的螯合剂诱导植物修复研究进展

植物修复作为一种生态友好型原位绿色修复技术成为重金属污染土壤修复研究的热点。然而,目前最具有推广价值的超积累植物因生物量低、生长缓慢、对重金属的积累具有专一性等缺点,大大限制了植物修复技术在重金属污染尤其是复合重金属污染土壤治理方面的推广应用。利用生长速度快、生物量大的普通植物借助其它技术辅助的联合植物修复便成了有效可行的替代途径和研究焦点。近年来,金属螯合剂诱导的化学-植物联合修复技术备受关注。本文综述了螯合剂诱导植物修复技术的研究进展、修复机理和目前存在的问题,并对该项技术的未来研究方向给予了展望。     

重金属污染土壤间作修复的研究进展

种植单一的超富集植物修复重金属污染土壤,不但中断农业生产导致经济收益降低,而且因生物量较低、修复周期长等诸多弊端导致修复效果不甚理想。间作作为一种传统的农艺管理方式,利用生态位和生物多样性原理等能提高农作物对资源的有效利用,对共植的农作物种类增量提质。在中、轻度污染土壤修复中利用间作体系,通过调控超富集植物与农作物的生长发育,促进超富集植物根系低分子量有机酸(LMWOAs)的分泌,降低其根际土壤p H,增加重金属活性,从而增加超富集植物对重金属的吸收,同时抑制农作物根系LMWOAs的分泌,以减少农作物对重金属的吸收,提高其产量和品质,实现"边生产边修复",提高土地利用率,并增加经济效益。本文根据近几年来国内外相关文献,综述了间作条件下超富集植物和农作物生物量、生理生化响应、重金属吸收、转运、富集等方面的变化,以及间作对土壤环境质量的影响,并对间作修复重金属污染土壤领域的发展趋势,如超富集植物和农作物间作的信号转导和分子生物学机制、间作体系下两类植物根际微生物类群的差异及其功能机制,以及构建高效间作体系提高重金属污染土壤的修复效率等方面进行了展望。     

植物重金属转运蛋白及其在植物修复中的应用

植物修复技术已成为解决土壤重金属污染的一个绿色环保方法。利用基因工程和分子生物学技术,已经鉴定出一系列与重金属转运相关的蛋白及基因,包括ZIP家族、ABC载体、有机汞裂解酶基因merB、Hg离子还原酶基因merA和金属S蛋白基因MT等。本文着重从细胞、亚细胞水平上综述了一系列重金属转运蛋白的相关分子生物学研究进展及其在植物修复上的应用。     

Cost-Effectiveness Analysis for Soil Heavy Metal Contamination Treatments

Soil heavy metal contamination results in both huge economic loss and severe health problem. Many technologies, such as soil stabilization/solidification, soil excavation, soil washing, chemical extraction and phytoremediation, have been developed to treat soil heavy metal contamination. Among these methods, phytoremediation is usually regarded as a promising, environment-friendly, and cost-effective method. However, little information has been found to support this idea. Hence, in this study, we have conducted a cost-effectiveness analysis of three treatment methods (soil excavation and disposal, soil washing, and phytoextraction) in 16 scenarios of different soil texture, site scale, soil metal, and contamination levels with reviewed literature information. The results have showed that phytoextraction is more cost-effective when dealing with the slightly polluted soils, while soil washing is cost-effective for severely-contaminated scenarios.     

Community structure of arbuscular mycorrhizal fungi associated with Robinia pseudoacacia in uncontaminated and heavy metal contaminated soils

The significance of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) in soil remediation has been widely recognized because of their ability to promote plant growth and increase phytoremediation efficiency in heavy metal (HM) polluted soils by improving plant nutrient absorption and by influencing the fate of the metals in the plant and soil. However, the symbiotic functions of AMF in remediation of polluted soils depend on plant–fungus–soil combinations and are greatly influenced by environmental conditions. To better understand the adaptation of plants and the related mycorrhizae to extreme environmental conditions, AMF colonization, spore density and community structure were analyzed in roots or rhizosphere soils of Robinia pseudoacacia. Mycorrhization was compared between uncontaminated soil and heavy metal contaminated soil from a lead–zinc mining region of northwest China. Samples were analyzed by restriction fragment length polymorphism (RFLP) screening with AMF-specific primers (NS31 and AM1), and sequencing of rRNA small subunit (SSU). The phylogenetic analysis revealed 28 AMF group types, including six AMF families: Glomeraceae, Claroideoglomeraceae, Diversisporaceae, Acaulosporaceae, Pacisporaceae, and Gigasporaceae. Of all AMF group types, six (21%) were detected based on spore samples alone, four (14%) based on root samples alone, and five (18%) based on samples from root, soil and spore. Glo9 (Rhizophagus intraradices), Glo17 (Funneliformis mosseae) and Acau3 (Acaulospora sp.) were the three most abundant AMF group types in the current study. Soil Pb and Zn concentrations, pH, organic matter content, and phosphorus levels all showed significant correlations with the AMF species compositions in root and soil samples. Overall, the uncontaminated sites had higher species diversity than sites with heavy metal contamination. The study highlights the effects of different soil chemical parameters on AMF colonization, spore density and community structure in contaminated and uncontaminated sites. The tolerant AMF species isolated and identified from this study have potential for application in phytoremediation of heavy metal contaminated areas.     

土壤—植物系统中重金属污染的治理途径及其研究展望

由于工业“三废”的排放,使农田遭受不同程度重金属的污染,重金属通过在作物体内富集进入食物链,对人畜健康构成了威胁。文章对土壤重金属的污染现状、治理途径及其原理、优缺点、可行性作了简要的回顾,对土壤重金属污染植物修复技术类型、原理、特点以及基因工程等现代生物技术在重金属污染植物修复技术中的应用前景作了进一步的展望,为实现对重金属污染土壤进行有效的生态整治与安全高效益的利用提供了新的技术途径。     

治理环境污染的绿色植物修复技术

环境污染是全人类面临的重大挑战。植物修复技术的出现及逐步完善,为人类治理环境污染提供了新的思路。植物修复技术包括植物萃取、植物固定、植物降解、植物促进、根滤作用和利用植物去除大气污染物等类型。成本低廉、环境友好是该技术的优势,但修复周期长、污染物的生物有效性和毒性水平也限制了其应用。已知的大多数超富集植物生长缓慢、生物量小,是制约植物修复技术应用的瓶颈。为进一步提高植物修复技术的效率,未来研究应侧重于以下几个方向:分子生物学和基因工程技术在超累积植物品种培育中的应用,农事操作对植物修复技术的辅助作用,植物微生物联合修复技术在污染物吸收、转移和降解中的作用机制及应用,以及生物、物理和化学等多种修复措施的综合利用,同时开展大规模的田间验证试验,将植物修复与景观建设、生物质能利用以及观赏植物种苗生产相结合。     

Effects of multiple heavy metal contamination and repeated phytoextraction by Sedum plumbizincicola on soil microbial properties

The threat of heavy metal contamination to food and human health in south and east China has become a public concern as industrial development continues. The aims of this study were to investigate the influence of repeated phytoextraction over a two-year period by successive crops of the Zn and Cd hyperaccumulator Sedum plumbizincicola on multiple metal contaminated soils and to assess recovery of soil quality. Total and NH₄OAc-extractable Zn and Cd concentrations were significantly reduced in planted soils compared to unplanted soils. Microbial biomass C (C_mic), basal respiration and microbial quotient (qM) were significantly and positively correlated and soil metabolic quotient (qCO₂) was negatively correlated with heavy metal concentrations in unplanted soils (P < 0.05). However, C_mic, basal respiration and qM values increased significantly after phytoremediation by five crops over two years compared to unplanted soil. Urease, β-glucosidase, neutral phosphatase and arylsulfatase activities also increased significantly with decreasing heavy metal contents and hydrolase activity was enhanced in planted soil (P < 0.05) compared to the unplanted control. The data indicate the capacity of S. plumbizincicola to extract Zn and Cd from contaminated soil and also that phytoremediation had beneficial effects on soil microbial and hydrolase activities, with the metal phytoextraction procedure restoring soil quality.     

根际促生菌及其在污染土壤植物修复中的应用

植物对重金属吸收、转运和积累以及植物生物学特征使其成为修复重金属污染土壤的重要手段之一。然而,由于植物对重金属的耐受性有限而限制其广泛实际应用,因而探讨植物修复技术强化措施就显得尤为重要。随着自然资源的开发和技术的发展,微生物调控使植物修复技术变得更为可行和更有价值。回顾近年来新兴的微生物调控技术,植物根际促生菌资源因其对环境无污染,可利用自身的抗性系统减缓重金属对植物的毒性,促进植物的生长和影响重金属的迁移等优势,在修复过程中发挥着重要作用。目前,国内外就植物根际促生菌的筛选、鉴定和应用价值等方面已经做了大量的相关研究。本文综述了根际促生菌-植物相互作用的机制及其促进植物修复重金属污染土壤的作用原理。