BR：土壤鎘污染與植物修復機制

來源：漢斯出版社 2014-06-05

【導讀】Cd所引起的污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性，同時Cd又極易進入水體和大氣，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)生了相應的抗性對策，以達到通過避開或耐受重金屬污染而繼續(xù)生存的目的。

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【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，富集而轉移進入食物鏈危害人類的生命和健康。

東北林業(yè)大學森林植物生態(tài)學教育部重點實驗室的陳琪郭曉瑞2014年5月在漢斯《植物學研究》學術期刊上發(fā)表的文章中強調(diào)，Cd所引起的污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性，同時Cd又極易進入水體和大氣，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)生了相應的抗性對策，以達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入其體內(nèi)，或吸收后排出，或阻礙轉運過程的現(xiàn)象。有研究表明，植物的細胞脂膜具有選擇特異性，是限制Cd2+利用跨膜運輸進入細胞內(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系的相關性研究發(fā)現(xiàn)，植物的原生質(zhì)膜能夠利用轉運器運載主動將重金屬排除體外。

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

螯合作用是通過誘導合成金屬配位體，并形成金屬配位體復合物，且在器官、細胞和亞細胞水平區(qū)室化分布，來降低Cd的毒性。現(xiàn)階段研究結果表明，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重要指標。它們能結合植物吸收的Cd2+并去毒化轉運至液泡儲存，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，研究價值最大。

Cd在與Cu的復合污染中，會通過競爭吸附位點表現(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，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，通過有效運轉Cd到地上進行消耗或排解。

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污染土壤上的機會；顯示了其巨大的利用植物修復手段去治理更高濃度重金屬污染的潛能。且達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意義。

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