重金属超积累植物浅谈

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第３期　Ｖｏ１．２５　Ｎ０．３　萍乡高等专科学校学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　２００８年６月　Ｊｕｎｅ．２００８　重金属超积累植物浅谈　王　科，李　红　（萍乡高等专科学校化工系，江西萍乡　３３７０５５）　摘　要：阐述了重金属超积累植物的基本类别和概念。归纳总结了我国目前已发现的八种重金属超积累植物，并从全　球已发现的５００多种重金属超积累植物中浅析了其地域和科属分布特点。根据这些特征归纳出了三种常见的超积累　植物找寻方法。　关键词：重金属；超积累植物；植物修复　中图分类号：Ｘ５３　文献标识码：Ａ　文章编号：１０Ｏ７—９１４９（２００８）０３－－０Ｏ８８一Ｏ４　引　言　前被认为是控制该类污染物最有效的办法之一。［３］而　大规模商业推广该技术的前提条件是拥有丰富的超　积累植物资源。　１重金属超积累植物概念　随着我国工业化进程的不断发展，产生的环境负　面效应不容忽视。近年来重金属在各种环境类文献中　出现的频率越来越高，有关重金属污染农田土壤和水　质的报道越来越引起人们的关注。据不完全统计，我　国约有１Ｏ万公顷以上的耕地受到各类重金属的污　染。ｍＮｉｃｈｏｌｓｏｎ调查英格兰农业土壤中的重金属现　１９７７年新西兰地质学家Ｂｒｏｏｋｓ正式提出超积　累植物的原始概念，定义地上部分Ｎｉ含量大于　１０００ｍｇ／ｋｇ　植　物　为　超　积　累　植　物　状后发现，污染农田土壤中的重金属元素主要有：　Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｎｉ和Ｃｒ。［２］这些重金属元素一旦被　（Ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）。［４　后来随着研究的不断深入，　以及更多超积累植物的发掘，这一概念也得到了不断　农作物吸收后，将侵入人类食物链带来巨大的健康威　胁。针对重金属污染所产生的环境问题，近年来上兴　的丰富和完善，现被人们广泛接受的标准为：　（１）植物地上部分重金属含量是正常植物体内的　１００倍左右，且对不同的重金属元素还有一定的浓度　界限，如表１所示；　起了一种绿色修复手段“植物修复”技术。植物修复由　于具备成本低廉、对环境不构成二次污染等优点，目　表１超积累植物体内元素含量临界４￣．（ｍｇ／ｋｇ　Ｄ．Ｗ．）　Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｙｐｉｃａｌ　ｍｅａｎ　ｅｌｅｍｅｎｔａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｎｏｒｍａｌ　ａｎｄ　ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　ｐｌａｎｔｓ（ｍｇ／ｋｇ　Ｄ．Ｗ．）　收稿日期：２００８—０３～２８　作者简介：王科（１９８０一），男，江西萍乡人，助教，主要从事植物修复方面的研究。　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期　王科，李红：重金属超积累植物浅谈　・８９・　（２）植物地上部分重金属含量高于根系周围的土　究发现，高生物量的Ｃｄ非超积累植物Ｉｐｏｍｏｅａ　壤，即富集系数（ＢＣＦ）大于１；　ｃａｒｎｅａ富集总量超过富集植物印度荠菜Ｂｒａｓｓｉｃａ　富集系数　ＢｃＦ　一丝　盏耋喾碧　ｊｕｎｃｅａ。［　因此，生物量大小的划定还存有一定的争　（３）在污染地生长旺盛，生物量大，能正常完成生　议。　２我国境内发现的重金属超积累植物　活史；　据不完全统计，体内重金属浓度达到Ｂｒｏｏｋｓ设　有关超积累植物的界定标准，还存有一定争论，　定标准的植物，目前全球共发现约５００种，广布于植　很多学者都认为该定义过于严格ｏ　Ｅ５，６］这些争议主要　物界４５个科，以Ｎｉ超积累植物最多，约３００多种。［８　表现在，一是浓度的界定问题。现有的浓度标准设定　此外还有Ｃｕ　３８种、Ｓｅ　２Ｏ种、Ｚｎ　２１种、Ｍｎ　１１种、Ｐｂ　太高，提出适当的降低浓度标准，并将一些金属富集　１２种、Ｃｒ　３种、Ａｓ　５种和Ｃｄ　２０种。截止２００８年，我　能力介于普通植物和超积累植物之间的植物归为富　国境内共发现八种重金属超积累植物。［９　］笔者检　集植物（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）。现已报道的大部分植物金属　索近年文献后，将其归纳如表２所示。　富集能力都处于富集植物范围内。其次，超积累植物　金属富集总量的设定问题。ｍＧｈｏｓｈ等人２００５年研　表２　我国境内发现的重金属超积累植物列表　Ｔａｂｌｅ　２　Ｓｏｍｅ　ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｓ　ｆｏｕｎｄ　ｉｎ　ｃｈｉｎａ　从表２中可以看出，我国发现的超积累植物总　地表土壤上ｏ　Ｅ１７３　数量还相当稀少，这与我国丰富的植被资源很不相　超积累植物空间分布的一个特点是地理分布的　称。究其原因一方面可能与超积累植物较强的区域分　不均匀性　［１。］Ｓｅ超积累植物主要分布于美国西部地　布性有关；另一方面，也可能和我国在超积累植物方　区和澳大利亚昆士兰州一带。以美国发现的居多，达　面的研究起步较晚有关。国内维普数据库中检索发　１７种，澳大利亚发现２种。Ｚｎ超积累植物主要聚集　现，我国最早于２００１年才出现有关矿山超积累植物　于美国、德国、英国、法国等北美洲和欧洲西南部地　发掘工作的文献报道。　区。可见，超积累植物的地理分布是极不均匀的。　３超积累植物的地域和科属分布特点　除地域分布特点外，超积累植物在科属分布上也　从生长地上看，超积累植物一般多生长于矿山、　初显出一些特点。７种重金属的超积累植物“科”分布　成矿作用带或富含某种化学元素的岩石风化而成的　特点如表３所示：［８　维普资讯 http://www.cqvip.com

・９Ｏ・　萍乡高等专科学校学报　表３七种重金属植物科分布表　Ｔａｂｌｅ　３　Ｎｕｍｂｅｒｓ　ｏｆ　ｋｎｏｗｎ　ｐｌａｎｔ　ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｓ　ｆｏｒ　ｓｅｖｅｎ　ｍｅｔａｌｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆａｍｉｌｉｅｓ　ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅｙ　ａｒｅ　ｍｏｓｔ　ｏｆｔｅｎ　ｆｏｕｎｄ　２００８年　４超积累植物常见的找寻办法　等人也用此法对北美西部５７个分类单位的植物标本　进行了取样分析，发现了３种Ｎｉ的超积累植物。［２］　根据超积累植物资源的地域分布、来源及科属分　布等特点，派生出了三种较为常用的找寻思路　方法一，在超积累植物常见栖息地，对区域内的　上述三种方法各有其优缺点　在矿区实地进行取　样分析是目前应用最为广泛，也是最原始、准确的方　优势植物进行采样分析　各种金属矿区矿口、废弃尾　矿库、矿脉露头处等重金属含量异常区域，经过几十　年甚至几百年的自然演替形成独特的植被，在这些植　被当中往往包含着大量的重金属耐性植物、重金属富　集植物和指示植物　具体挖掘过程当中，还可根据某　法　大部分超积累植物都是经过实地取样分析后才被　确认　野外植被调查法有助于深入了解超积累植物所　处的生态环境，从生态学角度推断该地区超积累植物　存在的可能性。但在实际调查过程中也易受到个人主　观判断因素的影响，导致锁定目标植物的精确度降　低，往往不同调查人员对同一地区的调查结果有很大　类重金属的科属分布特点，锁定一些目标植物重点进　行取样分析　也有人借助一些化学特性提升命中效　率。Ｂａｋｅｒ等人在野外使用Ｎｉ比色试剂二四基乙二　醛肟对植物叶片进行测试，很大程度上提高了命中　率。Ｄ８３　差别，另一方面，人力物力消耗也较大。标本馆取样法　具有快速省力、用量少、筛选面大等优点，但也存在由　于取样量少，分析可信度低，标本的损伤大等缺点　笔者认为寻找一种超积累植物，需要多方面锁定　目标植物，然后在野外进行有针对性的采样分析，最　好还需采集活标本进行水培实验，从设置的浓度梯度　方法二，从杂草中筛选出超积累植物。杂草抗逆　境能力强，是一类人为与自然选择双重压力下产生的　高度进化的植物类群，具有广泛的适应性和顽强的生　命力，这些特性可能使杂草对重金属有较强的耐性和　排异性；同时杂草也具有较强的争光、争水、争肥能　力，吸收能力很强，这种较强的吸收特性可能利于杂　草对重金属的积累。因此，杂草可能是超积累植物和　中进行较为精确的确认。　５结　语　污染土壤的绿色修复技术——植物修复技术自　上世纪７Ｏ年代诞生以来，一直没有大规模的商业推　广，一项主要原因在于超积累植物的一些不足限制了　其商业模式，主要表现在：［２。３（１）种类资源的不足。目　前发现的超积累植物种类只有５００多种，且单一性　排异植物的丰富资源。［】９］　具体筛选过程当中，室外土壤盆栽模拟试验的方　法应用得比较多。具体做法是将杂草种类较为丰富、　取样方便、未受重金属污染的地点作为试验场地，在　植物生长幼苗期将生长一致的一定数量的植物幼苗　移栽到投加一定量重金属的盆栽土壤中，然后在植物　成熟期测定植物对重金属的积累特性，从而筛选具有　超积累特征的植物　强，缺乏适应多种污染土壤的植物。（２）修复周期长。　大部分超积累植物都属于草本植物，生长缓慢，生物　量小，不可避免修复效率低下。（３）较强的地域适生　性，离开原定居地后，对新环境的土壤、气候表现出很　难适应等。　随着现代生物技术的不断发展，越来越多的分子层　面技术已经应用到重金属超积累植物的改良工作　不久　方法三，从植物标本馆中取样进行分析　Ｂｒｏｏｋｓ　等人用此法发现了近４Ｏ种Ｎｉ的超积累植物，Ｒｅｅｖｅｓ　的将来，现存的一些问题一定会得到较大的改善。重　金属超积累植物是一项潜力巨大的绿色改良技术　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　王科，李红：重金属超积累植物浅谈　・９１・　［１１］捌威，束文圣，蓝崇钰．宝山堇菜（Ｖｉｏｌａ　ｂａｏｓｈａｎｅｎｓｉｓ）　参考文献　一一种新的镉超富集植物Ｄ］科学通报，２ＯＯ３，４８　１（９）：　２０４６￣２０４９．　［１］　陈怀满．土壤一植物系统中的重金属污染［Ｍ］．北京：科　技出版社，１９９６．　ｃｈｏｌｓｏｎ　Ｆ．Ａ，Ｓｍｉｔｈ　Ｓ．Ｒ．Ａｎ　ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　［２］　ＮｉｍｅｔａｉＳ　ｉｎｐｕｔｓ　ｔｏ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｓｏｉｌｓ　ｉｎ　Ｅｎｇｌａｎｄ　ａｎｄ　Ｗａｌｅｓ　［１２］汤叶涛，仇荣亮，曾晓文，方晓航．一种新的多金属超　．　富集植物一圆锥南芥（Ａｒａｂｉｓ　ｐａｎｉｃｕｌａｔａ　Ｌ．）［Ｊ］．中山　大学学报，２００５，４４（４）：１３５～１３６．　［１３］韦朝阳，陈同斌，黄泽春，张学青．大叶井边口草一一　种新发现的富集砷的植物［Ｊ］．生态学报，２００２，２２（５）：　７７７～７７８．　［Ｊ］．Ｔｈｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｏｔａｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．２００３；３１　１：　２１３～２１５．　ｓｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　［３］　Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ　Ｓ　Ｄ，Ｏｗ　Ｄ　Ｗ．Ｐｒｏｍｉ［１４］魏树和，周启星，王新，张凯松，郭观林．一种新发现的　镉超积累植物龙葵Ｓｏｌａｎｕｍ　ｎｉｇｒｕｍ　Ｌ［Ｊ］．科学通报，　２００４，４９（２４）：２５６８￣２５７３．　ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，１９９６；１１０：７１５　～７１９．　ｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔａｌｓ　［４］　ＭｃＧｒａｔｈ　Ｓ．Ｐ．ａｎｄ　Ｚｈａｏ　Ｆ．Ｐｈｙｔｏｅｘｔｒａｃｔｉ［１５］薛生国，陈英旭，林琦，徐圣友，王远鹏．中国首次发现　的锰超积累植物一商陆［Ｊ］．生态学报，２００３，２３（５）：　９３５～９３７．　ａｎｄ　ｍｅｔａｌｌｏｉｄｓ　ｆｒｏｍ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ　ｓｏｉｌｓ［Ｊ］．Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｏｐ　ｉｎｉｏｎ　ｉｎ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３；１４（３）：２７７￣２８２．　ｎｇｈ　Ｓ．Ｐ．Ａ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｃａ　［５］　Ｇｈｏｓｈ　Ｍｏｙｕｋｈ，Ｓｉｄｍｉｕｍ　ｐｈｙｔｏｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　ａｎｄ　ｗｅｅｄ　ｓｐｅｃｉ　［１６］杨肖娥，龙新宪，倪吾钟，傅承新．东南景天（Ｓｅｄｕｍ　ａｌｆｒｅｄｉｉ　Ｈ）一一种新的锌超积累植物［Ｊ］．科学通报，２Ｏ　Ｏ２，４７（３）：１００３￣１００６．　ｅｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，２００５；１３３（２）：３６５～　３７１．　［１７］唐世荣．超积累植物在时空、科属内的分布特点及寻　找方法［Ｊ］．农村生态环境，２００１，１７（４）：５６～６０．　［１８］Ｂａｋｅｒ　ＡＪＭ，Ｐｒｏｔｏｒ　Ｊ，Ｂａｌｇｏｏｙ　ＭＭＩ．Ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌ　ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｉｃｋｅｌ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｆｌｏｒａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｈｒａｍａｆｉｃｓｏｆ　Ｐａｌａｗ　　［６］　聂发辉．关于超富集植物的新理解［Ｊ］．生态环境．２００５，１４（１）：１３６～１３．　［７］　刘威，束文圣，蓝崇钰．宝山堇菜（Ｖｉｏｌａ　ｂａｏｓｈａｎｅｎｓｉｓ）　一一种新的镉超富集植物［Ｊ］．科学通报，２００３，４８１（９）：　ａｎ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐｈｉｌｉｐｐｉｎｅｓ［Ｍ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｒｓｔ　Ｉｆｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ　Ｅｃｏｌｏｇｙ，　２００１．　２０４６～２０４９．　［８］Ｂｒｏｏｋｓ　Ｒ　Ｒ．Ｐｌａｎｔｓ　ｔｈａｔ　ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｅ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：ＣＡＢ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｐｒｅｓｓ，１９９８；６３￣８９．　［９］Ｔａｎｇ　Ｓ　Ｒ，Ｈｕａｎｇ　Ｃ　Ｙ　ａｎｄ　Ｚｈｕ　Ｚ　Ｘ．Ｃｏｍｍｅｌｉｎａ　ｃｏｍｍ　ｕｎｉｓ　Ｌ．：Ｃｏｐｐｅｒ　Ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　ｆｏｕｎｄ　ｉｎ　ａｎｈｕｉ　ｐｒｏ　［１９］魏树和，周启星，刘睿．重金属污染土壤修复中杂草资　源的利用［Ｊ］．自然资源学报，２００５，２０（３）：４３２￣－－４４０．　［２Ｏ］韦朝阳，陈同斌．重金属污染植物修复技术的研究与　应用现状［Ｊ］．地球科学进展，２００２，１７（６）：８３３￣８３９．　（责任编校：徐小勇］　ｖｉｎｃｅ　ｏｆ　ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｐｅｄｏｓｐｈｅｒｅ．１９９７；７（３）：２０７￣２１０．　［１Ｏ］陈同斌，韦朝阳，黄泽春，黄启飞，鲁全国．范稚莲砷超　富集植物蜈蚣草及其对砷的富集特征［Ｊ］．科学通报，　２００２，４７（３）：２Ｏ７～２１０．　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ　Ｗａｎｇ　Ｋｅ，Ｌｉ　Ｈｏｎｇ　（Ｄｅｐ．ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ　３３７０５５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｃａｔｅｇｏｒｙ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ　ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ．Ｎｏｗ　ａｂｏｕｔ　ｆｉｖｅ　ｈｕｎｄｒｅｄｓ　ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｓ　ｗｅｒｅ　ｆｏｕｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ　ａｎｄ　ｅｉｇｈｔ　ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｓ　ｗｅｒｅ　ｆｏｕｎｄ　ｉｎ　ｃｈｉｎａ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅｓｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ　ｔｈｒｅｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｍｅｔａｌ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ；ｈｙｐｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ；ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ