土壤重金属污染强化植物修复技术研究进展

湿地植物对污染环境中的重金属具有极强的富集能力，其体内的重金属浓度可达其生长环境中重金属浓度的数百甚至数千倍，因此湿地植物在重金属修复方面具有广阔的应用前景。

3土壤重金属污染植物强化修复技术

土壤重金属污染治理工作仅使用植物修复技术难以快速达到预期效果，需辅以其他技术手段:如根际微生物克服其自身生物学缺陷;通过化学修复技术(如络合剂、土壤改良剂)等增加目标重金属的生物有效性，提高植物吸收速率，进而提高土壤重金属污染修复效率;通过转基因技术优化植物本身性能。目前在强化植物修复效率方面，研究者正致力于开发增加植物生物量的同时又大幅提高对重金属绝对吸收的技术，主要包括基因工程、螯合诱导(螯合剂、表面活性剂)、根系强化、菌根强化植物修复技术。

3.1基因工程强化植物修复技术

基因工程是将对重金属污染土壤有修复作用的异源目的基因转入超富集植物，在植物体内进行有效的表达并参与重金属吸收、转运、转化、隔离、络合及挥发等过程。异源目的基因的转入能有效增加植物对重金属的提取，从而提高植物修复的效率，如金属螯合剂、金属硫蛋白(MTs)、植物螯合肽(PCs)和重金属转运蛋白等基因。

Thomas等研究表明，酵母的MTs基因CUP1导入含Cu量高的沙地上生长的烟草中，CUP1烟草幼苗叶片累积的Cu是对照组的2～3倍。运用基因技术对重金属转运体处理后可明显提高植物对重金属的耐性和积累性。

Nagata等[42]研究表明，利用基因工程手段，同时构建含有汞运载体(MerT)和表达超积累Hg的多聚磷酸盐激酶基因(polyP)的表达载体，通过转化获得的转基因烟草，不仅对Hg的吸收加强，而且对Hg的积累也大大加强。基因工程技术被认为是改良超富集植物对重金属耐性和富集能力的有效途径，为植物修复的发展开辟了广阔的应用前景，并成为强化植物修复领域最具潜力的发展方向之一。

3.2螯合诱导强化植物修复技术

目前强化植物修复中使用的螯合剂主要分为人工螯合剂和天然螯合剂，常用的螯合剂有乙二胺四乙酸(EDAT)和乙二胺四乙酸钠(EDAT-Na2)。由于螯合剂具有广泛的配位性能，几乎能与所有的金属离子形成稳定的螯合物，可以改变重金属在土壤中的形态分布，从而使重金属由不溶态转化为可溶态，大大活化土壤中的重金属，增加重金属离子的溶解度，为土壤淋洗或植物吸收创造有利条件，并显著增强重金属向植物地上部分的转运。

Seth等将0.5mgL的EDTA混匀加入铅污染土壤中，发现向日葵根部和地上部分Pb浓度分别提高了135和575mgkg，达到强化去除土壤中重金属的目的。天然螯合剂通过酸化、沉淀、络合、氧化还原等方式改变重金属溶解性或间接通过对土壤微生物群落的作用来影响重金属活性以提高植物提取重金属的效率。

Wang等研究表明，用70mgL的草酸处理Cr超富集植物李氏禾，缓解了生物量的减少和Cr对根系生长的抑制作用。目前，研究重点逐渐从难降解人工螯合剂转移到对环境危害较小的天然螯合剂或易降解螯合剂上。近几年，生物可降解螯合剂，如乙二胺二琥珀酸(EDDS)、氨三乙酸(NTA)和柠檬酸(CIT)成为研究热点。

表面活性剂主要分为化学合成表面活性剂和天然生物表面活性剂。表面活性剂的作用机制是土壤界面的吸附和金属的缔合及有效络合去除重金属，然后通过离子交换或与重金属离子发生配合反应解吸被吸附的重金属，最终使重金属和表面活性剂胶束缔合。

表面活性剂具备降低Cu、Pb、Cd和Zn在黏土中的吸附作用。研究表明，在生物淋滤试验中，表面活性剂Tween-80的最佳投加量为6.0gL时，元素硫的生物氧化率明显提高，污泥酸化速度加快，Gu和Zn的淋溶效果最好[49]。

时进钢[50]研究了铜绿假单胞菌所产生的鼠李糖脂去除沉积物中的重金属，结果表明，鼠李糖脂对沉积物中Pb和Cd的去除率分别为36.5%和80.1%。3%的皂角苷对Cu、Pb、Cd和Zn淋洗量分别达43.87%、83.54%、95.11%和20.35%，能起到络合洗脱污灌土壤中重金属作用。

3.3根系强化植物修复技术

根系分泌物作为根际沉积的重要组成部分，包括高分子量的黏胶和胞外酶，以及低分子量的有机酸、糖、酚及各种氨基酸(包括非蛋白氨基酸，如植物铁载体)[52]。根系分泌物作为植物与土壤发生物质交换的载体，能够通过活化、螯合、络合、胁迫等方式，降低重金属在土壤中的迁移和扩散能力，从而降低重金属的毒性。

首先，根系分泌物能对土壤中的重金属进行活化，如海州香薷和鸭跖草根系分泌物[53]，以便于植物吸收，能对污染土壤中Cu进行活化从而降低或消除重金属污染物化学毒性和生物毒性[54-55];其次，根系分泌物通过螯合土壤中的重金属来降低或消除其毒性，如植物根系在10～50μmolL的Al胁迫条件下根尖柠檬酸合成酶活性增加，分泌出大量的柠檬酸形成柠檬酸-Al的螯合物[56];根系分泌物还可降低土壤的pH，以解除Al毒从而促进根系的发育并进一步提升根系分泌物的产生量，最终提升植物对重金属的修复能力。

3.4菌根强化植物修复技术

菌根真菌(AM)可增强宿主植物对重金属的耐受性，影响植物对重金属的吸收、转运和累积，以达到强化植物修复技术对土壤重金属污染的治理。AM通过根外菌丝和孢子提供重金属结合的位点，结合土壤中的重金属离子形成稳定的螯合物，降低重金属的移动性。

Valentinuzzi等研究了菌根小麦和无菌根小麦根际Cu、Pb、Zn和Cd的形态分布，结果表明，菌根可通过改变根际中重金属的形态来改变重金属的生物有效性，降低重金属的毒性。

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