BR：土壤鎘污染與植物修復(fù)機(jī)制

來源：漢斯出版社 2014-06-05

【導(dǎo)讀】Cd所引起的污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性，同時(shí)Cd又極易進(jìn)入水體和大氣，從而影響食品安全，危害生命保障。在長期Cd脅迫的危害下，植物也產(chǎn)生了相應(yīng)的抗性對策，以達(dá)到通過避開或耐受重金屬污染而繼續(xù)生存的目的。

【說明】在周周向上公號中回復(fù)“新發(fā)現(xiàn)”獲取更多最新研究成果。

【正文】在我國的重金屬土壤污染中，鎘(Cd)污染是危害性最大的。Cd元素已被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署列為全球性意義危害化學(xué)物質(zhì)之首。Cd污染不僅會引起土壤功能的失調(diào)、土質(zhì)的下降，還會不同程度的損害植物的生理發(fā)育，影響植株的生長代謝。Cd通過植物吸收，富集而轉(zhuǎn)移進(jìn)入食物鏈危害人類的生命和健康。

東北林業(yè)大學(xué)森林植物生態(tài)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的陳琪郭曉瑞2014年5月在漢斯《植物學(xué)研究》學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表的文章中強(qiáng)調(diào)，Cd所引起的污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性，同時(shí)Cd又極易進(jìn)入水體和大氣，從而影響食品安全，危害生命保障。在長期Cd脅迫的危害下，植物也產(chǎn)生了相應(yīng)的抗性對策，以達(dá)到通過避開或耐受重金屬污染而繼續(xù)生存的目的。現(xiàn)階段，所發(fā)現(xiàn)的方式主要有排斥、沉淀和螯合。

金屬排斥是植物抑制重金屬進(jìn)入其體內(nèi)，或吸收后排出，或阻礙轉(zhuǎn)運(yùn)過程的現(xiàn)象。有研究表明，植物的細(xì)胞脂膜具有選擇特異性，是限制Cd2+利用跨膜運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的重要屏障。另外，依據(jù)對耐性植物的金屬吸收與代謝關(guān)系的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，植物的原生質(zhì)膜能夠利用轉(zhuǎn)運(yùn)器運(yùn)載主動將重金屬排除體外。

植物對Cd的沉淀主要是通過細(xì)胞壁和液泡來完成的，通常被沉淀后的Cd會失去毒性。細(xì)胞壁是植株阻礙Cd2+進(jìn)入植物細(xì)胞的第一道屏障，通過利用細(xì)胞壁的沉淀發(fā)揮功能，Cd2+在穿過細(xì)胞壁時(shí)會部分與細(xì)胞壁上的基團(tuán)結(jié)合、沉淀、絡(luò)合或吸附，從而阻止了大量Cd2+進(jìn)入原生質(zhì)體內(nèi)，降低Cd毒害。

螯合作用是通過誘導(dǎo)合成金屬配位體，并形成金屬配位體復(fù)合物，且在器官、細(xì)胞和亞細(xì)胞水平區(qū)室化分布，來降低Cd的毒性。現(xiàn)階段研究結(jié)果表明，主要起作用的金屬螯合蛋白有金屬硫蛋白(Metallothionein,MTs)和植物螯合素(Phytochelatins,PCs)；是衡量植物是否能超級累重金屬的一項(xiàng)重要指標(biāo)。它們能結(jié)合植物吸收的Cd2+并去毒化轉(zhuǎn)運(yùn)至液泡儲存，有效減少游離態(tài)Cd。

另一方面，研究人員指出，自然界中的重金屬污染主要是多元素復(fù)合污染，Cd在與其它金屬交互作用中，表現(xiàn)為協(xié)同、累加或拮抗等特性，其中以拮抗作用對植物的生長最為有利，研究價(jià)值最大。

Cd在與Cu的復(fù)合污染中，會通過競爭吸附位點(diǎn)表現(xiàn)出拮抗效果，而相對有效降低Cd的富集；在Cd與Zn的復(fù)合污染土壤研究中發(fā)現(xiàn)，Cd會與Zn競爭土壤膠體中的吸附點(diǎn)，釋放土壤中的化合態(tài)Zn，從而提高土壤中Zn的有效性，減少Cd進(jìn)入植株體的幾率；Ca與Cd在土壤中的相互作用，主要呈現(xiàn)出顯著抑制吸收的拮抗作用，更好地提高了植株的耐受性，Ca拮抗Cd的主要方式在地上部分，通過有效運(yùn)轉(zhuǎn)Cd到地上進(jìn)行消耗或排解。

然而，施加Cu、Zn、Ca等元素模擬自然狀態(tài)下復(fù)合污染處理，可以通過有效提高耐受性或富集性，使植物擁有種植在超越其忍受限度的更高濃度的Cd污染土壤上的機(jī)會；顯示了其巨大的利用植物修復(fù)手段去治理更高濃度重金屬污染的潛能。且達(dá)到金屬治理金屬污染的雙重解決優(yōu)勢。在改善環(huán)境土壤污染方面具有深遠(yuǎn)意義。

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