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1、,模块四 植物修复机理,案例,湖南郴州邓家塘砷污染土壤修复示范工程,2000年1月8日，郴州市苏仙区邓家塘乡发生一起严重砷污染事故，导致600多亩稻田弃耕、2人死亡、400多人集体住院，诱发严重纠纷和暴力冲突。 2001年，中科院地理所陈同斌研究员在郴州建立了世界上第一个砷污染土壤植物修复工程示范基地，示范工程面积共15亩地。该工程首次使用了蜈蚣草作为砷的超富集植物。蜈蚣草叶片对于砷的富集能力极强，可富集砷最高达0.5%，为普通植物的20万倍;具有极强的耐砷毒能力，能够生长在0.15%-3%的污染土壤和矿渣上。此外，蜈蚣草具有对砷和磷的协同吸收作用，增施磷肥可增强蜈蚣草对砷的吸收能力。该示范工
2、程中蜈蚣草每年去除土壤砷的效率为10%左右，收割的蜈蚣草通过砷的固定剂后安全焚烧。,植物修复的概念,植物修复：利用在污染地种植植物的方法，实现部分或完全修复土壤污染、水体污染、大气污染目标的一门环境污染原位治理技术。,一、植物修复的优缺点,优点：1.处理成本低2.原位修复，不需要另辟处理场所3.吸收污染物的生物量大，易于后处理4.操作简单5.效果持久6.安全可靠7.不会产生二次污染，修复后的场地适合多种农作物的生长8.对环境扰动少，不破坏景观生态。,一、植物修复的优缺点,缺点：1.修复速度慢2.对自然条件和人为条件有一定的要求3.超富集植物对重金属具有一定的专一性，不能对多种重金属污染进行修复
3、4.富集了重金属的超富集植物需收割并作为废弃物妥善处理5.污染物必须是植物可利用态，修复的范围只限于根系能到达的区域。6.要针对不同污染状况的环境选择不同的生态型7.要注意异地引种对生物多样性的威胁,二、植物修复机理,1.植物萃取,2.根际过滤,3.植物降解,4.植物挥发,5.植物固定,6.植物与微生物协同修复,1.植物萃取（提取）,（1）概念：利用富集污染物能力较高的植物从土壤、水体和大气中直接吸收重金属、有机污染物等，并将其转运蓄积到该植株的地上可收割部分，将植物富集部位收获后通过热处理、微生物处理、物理或化学处理等达到消除环境污染的目的的技术超累积植物：植物地上组织对污染物吸收的量是一般
4、植物的100倍以上，且生长不受影响的植物。,（2）植物萃取污染物的途径,1.根毛的吸收,2.根表皮细胞的吸收,（3）污染物在植物体内转运与储存,重金属污染物,植物金属硫蛋白,植物络合素,组氨酸、苹果酸、柠檬酸等有机酸,金属络合物,植物地上部分组织,转运,重金属污染物,+,=,+,=,金属螯合物,运输,植物地上部分组织,（3）污染物在植物体内转运与储存,吸收进入植物体内的重金属主要储存在液泡、细胞壁等,（4）影响植物吸收效果的因素,重金属的存在形式： a.水溶态 b.交换态 c.有机结合态 d.沉淀或难溶性化合物 e.残渣态解决途径：根分泌金属螯合分子或人为添加化学螯合剂；根分泌金属还原酶，还原
5、与土壤结合的金属离子；调节pH值。,（4）影响植物吸收效果的因素,转运蛋白：a.离子转运蛋白：锌转运蛋白、铁离子转运蛋白b.汞转运蛋白,2.根际过滤,根际过滤是指通过植物根系的生命活动，以吸收、富集、沉淀等方式除去水体污染物的一项植物修复技术。只适合于水体污染的治理,3.植物降解,（1）概念：植物本身通过体内新陈代谢作用或借助于自身分泌物质（如酶类），将所吸收的污染物在体内分解成简单的小分子如CO2、H2O，或转为毒性微弱甚至无毒性形态的过程,（2）降解机理,酶氧化降解,重金属络合解毒,同化,羟基化,（3）与植物降解有关的基因,有机汞裂解酶基因（merB）,汞离子还原酶基因（merA）,金属硫
6、蛋白基因,植物络合素合成酶基因,铁离子还原酶基因,4 植物挥发,植物挥发是指利用植物将污染物吸收到体内后，将其降解转化为气态物质或把原先非挥发性的污染物变为挥发性污染物，在通过叶面释放到大气中。目前主要用于元素汞与硒的治理,5.植物固定,植物固定是指利用植物活动降低污染物在环境中的移动性或生物毒性，达到固定、隔绝、阻止其进入地下水体和食物链，以减少其对生物与环境污染的目的。,植物固定机理,物理固定,螯合固定,改变污染物氧化还原电位,缔合作用,6.植物-微生物协同修复,又称根降解，是指利用绿色植物及其共存微生物体系，通过促进植物的根系和根系周围微生物的活性和生化反应，使污染物释放、吸收、转化而减
7、少其浓度或去除其毒性，达到修复土壤污染物的一种环境污染治理技术。,植物根际促进修复机理,根系分泌物促进了微生物和土壤动物的活动,根际分泌物改变了有机污染物的吸附特性,根际环境有助于保持酶的活性,根系分泌物促进污染物的固定,根系分泌物对根际环境的影响,微生物促进修复机理,微生物影响根际分泌物的释放,根际分泌物改变了有机污染物的吸附特性,微生物促进植物根的代谢活性,微生物促进了根际重金元素的活化能力,根际微生物改变根际营养对植物的有效性,案例：菌根修复技术,菌根是土壤中的真菌菌丝与高等植物营养根系形成的一种特殊的联合共同体,菌根对污染物植物修复的作用,1.菌根影响根际微生物的种类和数量2.菌根增大植物的吸收表面积，提高植物的抗性3.菌丝吸收、累积和运输重金属4.菌根直接分解有机污染物5.共代谢降解6.菌根对重金属的屏障作用7.菌根细胞成分可以与重金属结合，将重金属钝化8.菌根真菌改变根系分泌物的组成和数量，从而改变重金属的氧化态，同时也可以改变根际环境，改变重金属的存在状态，从而改变重金属的吸收和转移，降低重金属的毒性，促进植物的生长和增加植物的生物量,
