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田吉林等研究发现大米草具有较强的抗汞性,可以吸收有机汞,并将有机汞部分地转化为无机汞,具有修复汞污染土壤的潜力。韩志萍等通过湿土盆栽的方法研究 了芦竹对汞的富集能力,结果表明芦竹对汞的富集量较大,汞在地上部叶内富集量为21.5~11.8 mg/kg,地上部茎内富集量为30.0~19.4 mg/kg,植物茎富集系数大于1。龙育堂等将Hg污染的稻田改种苎麻后,对汞的净化率达41%,土壤的自净恢复年限比种植水稻缩短8.5倍,而苎麻的产量和质量不会受到影响。Shiyab等通过水培试验研究汞对印度芥菜的毒性时发现,当溶液中汞浓度>2mg/L时,印度芥菜的生物量虽然有所降低,但仍能正常生长,而且表现出较强的汞的富集能力。此外,大量研究表明树木对汞也具有富集行为。纸皮桦、加拿大杨(Populus canadensis)、红树(Rhizophoraapiculata)、小叶黄杨等树木对土壤Hg的吸收及储存能力强,如:纸皮桦可富集10mg/kg汞,加拿大杨每株体内最大汞吸收积累量约为7mg,小叶黄杨叶片中的汞含量占根部土壤汞含量的8.6%;瑞典学者Wang和Greger研究发现,柳树的根部能积累大量的汞,而且和其它植物如豌豆、小麦、苜蓿以及油菜等相比,其叶面未有向大气释汞的现象。
基因工程可整合其他生物的基因修复能力,提高植物的修复能力。Meagher等将汞离子还原酶基因(merA)和有机汞裂解酶基因(merB)转导到拟南芥,结果发现该植株对Hg的抗性明显增高,且Hg2+被转基因植物还原可以促进Hg的挥发。Hsieh等将merP基因转导到拟南芥后,利用其产生的螯合机制,使转基因拟南芥的抗汞能力显著提高,植株在10μmol/L的HgCl2条件下仍能正常生长。Heaton等将merA转导到水稻,转基因水稻的抗汞能力为250μmol/L,远远高于野生型的150μmol/L。Hussein等将merA基因和merB基因导入烟草叶绿体,发现转基因烟草根部富集汞的浓度高达2000μg/g,植物无受毒害现象,且转基因烟草叶片吸收积累汞的量为未经处理烟草的100倍。我国科学家用经人工改造的merA基因和merB基因分别转化烟草,获得了能够将离子汞挥发和高抗有机汞的的转基因烟草。
3.2化学物质强化修复
在植物修复基础上,通过向土壤施用化学物质,促使土壤中重金属赋存形态,从土壤结合态向水溶态、交换态转换,从而提高重金属的植物可利用性,称为化学强化修复。常见的强化修复方法有改变土壤pH、络合—螯合强化、有机物强化、表面活性剂强化等。
3.2.1改变土壤pH强化植物修复
根据土壤的酸度和重金属的性质,投加酸性或碱性物质改变土壤pH值,可增加重金属的植物有效性。朱小翠等研究发现向土壤中添加CaCO3以改变土壤的pH值,可以增加外源活性汞在土壤酸溶汞的固定,相应地降低活性汞的水平,同时残留汞亦明显相对减少。潘志明研究发现在微酸性条件下,肾蕨叶、茎、根部汞含量均高于其酸性条件或碱性条件下的含量。陈宏等通过盆栽试验,研究了硫化钠对污染土壤中Hg、Cd、Pb活性的影响,发现硫化钠能减少土壤中Hg的残留,增加了汞的生物有效性。
3.2.2螯合剂强化植物修复
向土壤中施用螯合剂可增加土壤中重金属的溶解度,提高重金属根际扩散能力并促进重金属自根系向地上部转运。移栽莴苣(Lactuca sativa L.)20d后,施入0.1mol/L EDTA和DTPA,可以促进土壤汞向莴苣的迁移,最高增幅达154.12%,且EDTA 强化效果强于DTPA。另有研究表明,向土壤中施用EDTA,肾蕨各部位中汞含量均高于对照条件下的汞含量,EDTA可促进汞在肾蕨中的富集。
3.2.3有机物强化植物修复
改变土壤腐殖质的构成也可强化植物对重金属的吸收。当腐殖酸中的富里酸与重金属之比≥2时,有利于重金属与腐殖酸形成水溶性络合物,<2时易形成难溶性络合物。在腐殖酸组成中,胡敏酸与重金属形成的胡敏酸盐大多难溶,富里酸与重金属形成的鳌合物一般易溶,因此增加土壤富里酸含量可促使土壤重金属以鳌合物形态向植物迁移。姚爱军等发现腐殖酸中的富里酸对铁锰氧化物结合态汞的植物迁移活性具有极显著的促进效应。
4 存在的问题及其发展趋势
(1)植物修复的关键是超富集植物,遗憾的是目前还没有汞超富集植物的报道。因此,探索和发掘具有转移能力强、经济价值高的汞超富集植物至关重要。
(2)目前,污染土壤多呈现重金属复合污染的特征,重金属的相互作用对植物修复的影响更为复杂。迄今已发现的超富集植物多为单耐性植物,对复合污染土壤的修复能力相对较差。因此,未来的研究更应着眼于复合污染土壤的植物修复技术创新。
(3)迄今为止,国内对植物修复技术的研究多为实验室盆栽实验研究,生产应用的报导甚少。针对大量汞污染耕地的植物修复技术研究,尚涉及到修复植物的地域性、季节性和经济价值等多方面的因素,亟待加强相应研究经费、高新技术的投入,推动以汞为主的重金属污染土壤的植物修复技术的创新发展。
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