植物修複技術(shù)是于20世紀80年(nián)代初期在環境污染治理(lǐ)的實踐中逐漸發展起來(lái)的，它是作(zuò)爲一種新興的綠色生(shēng)物技術(shù)，同時也是土(tǔ)壤污染治理(lǐ)的環境友好型技術(shù)。植物修複技術(shù)是指利用重金屬富集植物來(lái)清除土(tǔ)壤重金屬污染，其設想由美國(guó)科(kē)學家Chaney于1983年(nián)首次提出。它通過利用能夠富集重金屬的超富集植物、用基因工程培育新的富集植物品種，以及植物根際微生(shēng)物群落，來(lái)移去(qù)、揮發或穩定土(tǔ)壤中存在的重金屬污染物，也可(kě)以通過降低重金屬的毒性來(lái)清除污染，以達到修複或治理(lǐ)土(tǔ)壤污染的目的。

自(zì)從(cóng)富集植物的概念被提出以來(lái)，歐美等發達國(guó)家對富集植物的富集能力進行了較爲深入的研究，而國(guó)内發展則相(xiàng)對滞後。截止到目前爲止，國(guó)内外共發現超富集植物約450餘種，其中鎳Ni超富集植物最多，約320種；銅Cu超富集植物34種、钴Co超富集植物34種、鋅Zn超富集植物18種、硒Se超富集植物20種、鉛Pb超富集植物14種、錳Mn超富集植物9種、砷As超富集植物5種。

雖然富集植物的種類和數量不少，但(dàn)目前對富集植物在園林中的應用還(hái)缺乏系統性的總結。園林景觀行業以改善人(rén)居環境爲己任，有必要對時下國(guó)内所面臨的各種生(shēng)态環境問(wèn)題承擔相(xiàng)應職責，而植物是園林中不可(kě)缺失的重要組成要素，因此迫切需要對植物修複土(tǔ)壤重金屬污染機(jī)理(lǐ)作(zuò)深入細緻的研究，系統地總結出适合園林應用的富集植物，以期更好地利用植物修複技術(shù)來(lái)創造更加美好的人(rén)居環境。

植物修複土(tǔ)壤重金屬污染的機(jī)制研究

回避機(jī)制

一些植物可(kě)通過某種外部機(jī)制保護自(zì)己，使其不吸收環境中高含量的重金屬從(cóng)而免受毒害，稱爲避性。植物主要通過兩種機(jī)制來(lái)保護自(zì)己，一種是限制重金屬離(lí)子的跨膜吸收，細胞質膜是選擇透過性膜、控制離(lí)子進入原生(shēng)質體(tǐ)的真正關卡；一種是與體(tǐ)外分(fēn)泌物結合，降低重金屬的毒性。

排除機(jī)制

所謂金屬排斥性即重金屬被植物吸收後又被排出體(tǐ)外，或重金屬在植物體(tǐ)内的運輸受到阻礙。在高等植物中，通過對不同抗性的基因型進行的重金屬離(lí)子吸收與代謝能量關系的研究已證實原生(shēng)質膜溢泌有主動排除金屬離(lí)子的作(zuò)用。這己在微生(shēng)物和動物的試驗中得(de)到證實，植物體(tǐ)内的重金屬離(lí)子也能被排出體(tǐ)外。還(hái)有些植物對重金屬的排除可(kě)以通過根際化學性狀的改變實現，如(rú)根際分(fēn)泌螯合劑、形成跨根際氧化還(hái)原梯度、形成跨膜根際pH梯度等。

細胞壁作(zuò)用機(jī)制

植物細胞壁是抵禦重金屬離(lí)子進入的第一道屏障，它的金屬沉澱作(zuò)用可(kě)能是一些植物耐重金屬的原因，這種作(zuò)用能阻止重金屬離(lí)子進入細胞原生(shēng)質，而使其免受傷害。楊居榮等研究了Cd和Pb在黃(huáng)瓜和菠菜細胞各組分(fēn)中的分(fēn)布，發現77%-89%的Pb沉積于細胞壁上，而45%-69%的Cd存在于細胞質中。因此根部細胞壁可(kě)視爲金屬離(lí)子的重要貯存場所。

重金屬進入細胞質機(jī)制

植物細胞質膜将有毒離(lí)子外排至細胞外或轉運至液泡内，是植物降低有毒離(lí)子在細胞内含量的兩個重要途徑。液泡含有的各種蛋白(bái)質、糖、有機(jī)酸等物質都(dōu)能與重金屬結合而解毒，因此液泡常被認爲是貯存重金屬元素的結構。Brooks等（1981）用離(lí)心的方法對庭芥屬植物（Aubrieta）的植物組織進行分(fēn)離(lí)，然後測定各部分(fēn)的Ni含量，結果顯示，有72%的Ni分(fēn)布在液泡中。Wang等（1991）曾對煙草液泡中镉的化學狀态進行模拟，發現液泡内镉與無機(jī)磷酸根能形成磷酸鹽沉澱，降低了镉的毒性。這些結果都(dōu)顯示，液泡可(kě)能成爲重金屬貯存的主要場所。

重金屬與各種有機(jī)酸的絡合機(jī)制

在環境脅迫條件(jiàn)下，有機(jī)酸的生(shēng)物合成、積累、運輸和根系分(fēn)泌會顯著增加。有機(jī)酸是一類重要的重金屬配位體(tǐ)，參與重金屬的吸收、運輸、貯存和解毒等生(shēng)理(lǐ)代謝過程，與重金屬形成穩定的螯合物，降低重金屬的毒性。但(dàn)有機(jī)酸的種類因植物種類、金屬類型和濃度等因素而異。20世紀90年(nián)代已有很多關于這方面的研究，Tolra等觀察到Zn超積累植物遏藍菜（Thlaspicaerulescens）地上部可(kě)溶性Zn濃度與蘋果酸和草酸濃度呈顯著正相(xiàng)關。Homer等（1991）研究表明，新喀裡(lǐ)多尼亞鎳超積累植物中分(fēn)離(lí)出來(lái)的絡合物，其鎳配位體(tǐ)主要爲檸檬酸鹽和蘋果酸鹽以及兩者的混合物。由此可(kě)見(jiàn)，各種有機(jī)酸對減輕植物重金屬的毒害起了關鍵作(zuò)用。

酶适應機(jī)制

在重金屬的脅迫下，植物保護酶系統也會發生(shēng)适應性變化，使耐性種或植株在重金屬幹擾時能維持正常的代謝過程。西德WcrneMothys在1978年(nián)研究了Cu、Zn、Cd、Ni、Co、Mg對腆肥麥瓶草耐Cu、耐Cd又耐Zn、耐Cd和無耐性的種群的硝酸還(hái)原酶、葡萄糖6-磷酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶及蘋果酸脫氫酶，發現耐性種加入Zn後硝酸還(hái)原酶、異檸檬酸酶被激活，特别是硝酸還(hái)原酶；而抗件(jiàn)差的種群，此酶完全被抑制，他(tā)們認爲抗性種的生(shēng)态型有保護酶的機(jī)制（殷捷和周竹渝2003）。楊居榮等（1995）發現Cd脅迫可(kě)引起SOD、POD、CAT活性的改變。一些蔬菜幼苗在汞的脅迫下，會誘導産生(shēng)新POD的同功酶與外界不良的環境條件(jiàn)相(xiàng)适應。

植物螯合态的解毒作(zuò)用

植物螯合态PC（Phytochelatin）是一種由半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸組成的含巯基螯合多肽，分(fēn)子量一般爲1-4kD，結構多爲（(γ-Glu-Cys)n-Gly,n=2-11）。由于其巯基含量高，對重金屬的親和力大(dà)，能夠螯合多種重金屬離(lí)子，使重金屬離(lí)子失去(qù)活性，從(cóng)而減輕重金屬對植物的毒害作(zuò)用。PC的發現，使人(rén)們對植物重金屬耐性機(jī)理(lǐ)産生(shēng)了新的認識，認爲PC的形成才是植物解毒的重要生(shēng)理(lǐ)機(jī)制。

結果與分(fēn)析

通過對富集植物進行全面收集，我們篩選出其中能用于園林綠化的富集植物（包括有富集潛力的植物）。

由上表可(kě)知，目前園林中應用的富集植物種類并不豐富，整體(tǐ)所占比例較小。目前已發現的多數重金屬超富集植物主要集中在草本植物，如(rú)禾本科(kē)、十字花科(kē)、菊科(kē)等，木本植物較少。這種結果的出現一方面可(kě)能是因爲喬木生(shēng)物量較大(dà)、生(shēng)長周期長導緻實驗研究難度較大(dà)，而草本則不存在這樣的問(wèn)題；另一方面可(kě)能是草本植物由于自(zì)身(shēn)在結構和組成上的差異（根系、葉片等）導緻其富集能力要強于木本植物。

結論

土(tǔ)壤污染的修複一般有物理(lǐ)、化學和生(shēng)物修複等方法。植物修複是以植物忍耐和超量積累某種或某些重金屬元素的理(lǐ)論爲基礎，通過植物及其共存微生(shēng)物體(tǐ)系清除環境中污染物的一種環境生(shēng)物治理(lǐ)技術(shù)。與傳統的物理(lǐ)修複和化學修複相(xiàng)比，植物修複所具有的高效、無二次污染與操作(zuò)簡便等特點，使其成爲最具生(shēng)命力的污染土(tǔ)壤修複技術(shù)之一。該技術(shù)利用綠色植物及其共存微生(shēng)物體(tǐ)系轉移、容納或轉化污染物使其對環境無害，主要包括以下五種類型：植物吸取、植物降解、植物穩定、植物揮發、根際過濾。從(cóng)本質上講，植物修複是通過植物光(guāng)合作(zuò)用将散存于土(tǔ)壤和水介質中的污染物抽吸出來(lái)，轉移到植物地上部分(fēn)或可(kě)收割部位，通過刈割并作(zuò)無害化處理(lǐ)來(lái)達到治理(lǐ)環境的目的。

目前，發現的土(tǔ)壤重金屬富集和超富集植物有很多種類，但(dàn)大(dà)部分(fēn)還(hái)處于野生(shēng)狀态，且具有生(shēng)長速率慢(màn)、生(shēng)物量少等弊端。因此需要我們對其進行馴化和改良，從(cóng)而培育出比自(zì)然條件(jiàn)下生(shēng)物産量高、富集效率高的超富集植物，将其市場化、規模化，用于改善被污染的土(tǔ)壤。同時，配合适宜微生(shēng)物的使用以增強植物富集能力，加強對植物修複土(tǔ)壤重金屬污染的機(jī)理(lǐ)研究，以便更好地解決國(guó)内土(tǔ)壤重金屬污染的問(wèn)題。