土壤-超积累植物体系中稀土元素的空间富集-分异特征与富集机理

离子吸附型稀土矿是我国南方特色的优质稀土资源,但由于落后的采矿方式和无节制的开采,大量稀土元素(稀土元素+Y,简称稀土元素)被带入环境中,导致稀土矿区周边出现许多环境污染和植被退化问题。乌毛蕨是一种对稀土元素具有较强耐受性和超强富集能力的蕨类超积累植物,能被用于稀土污染土壤或尾矿的生态修复。本研究以离子吸附型矿区表生土壤上生长的稀土超积累植物乌毛蕨及其根际土为研究对象,通过化学消解和ICP-MS方法测定根际土、根表、根部、叶柄、叶片中稀土元素的含量,分析土壤–植物体系中稀土元素的空间分布、富集与分异特征;采用顺序提取法测定土壤中不同化学形态的稀土元素含量,同时利用微区X射线荧光光谱(μ-XRF)与扫描电镜能谱分析技术(SEM-EDS),阐明乌毛蕨对稀土元素的吸收与富集机理。化学测试结果表明,乌毛蕨对稀土元素有较强的富集和地上转运能力,富集系数(BF)和转移系数(TF)分别为2.61和2.85;植物器官富集能力顺序为:叶片(1750μg/g)>根部(512μg/g)>叶柄(56.5μg/g);植株整体稀土元素配分模式具有与根际土相似的富轻土元素和Ce负异常特征,不同的是,植株整体Eu无异常(根际土δEu=0.51);根际土壤中富集离子交换态的轻稀土离子(34%~64%,(La/Yb)N=2.36),与根系表面呈轻微富轻稀土元素((La/Yb)N=1.29)的现象暗示根际大部分轻稀土元素能以离子形式被根系吸收,重稀土元素与有机配体络合而被吸附在根系表面;稀土元素在向上迁移过程中,(La/Yb)N值下降(叶柄=27.63,叶片=17.17),揭示木质部伤流液的重稀土元素可能比轻稀土元素更容易向上迁移;μ-XRF与SEM-EDS结果显示,乌毛蕨地上部的超富集器官(叶片)将稀土元素主要储存在叶缘的表皮层细胞,且能将大部分非生理需要的稀土元素有效区室化。上述认识揭示了在离子吸附型稀土矿区表生环境中,稀土元素从土壤向植物体内迁移并在地上部富集与分异的过程、规律和主要原因,为今后利用稀土超积累植物实现植物采矿或稀土尾矿生态修复提供科学认知基础。

超富集植物修复土壤重金属污染及强化措施研究进展

土壤重金属污染是当前亟须解决的问题。与其他修复技术相比,植物修复因其具有环境友好且不产生二次污染等优点而备受关注。超富集植物是一类具有特殊生理特性的植物,对土壤重金属等有害物质的吸附能力远高于普通植物,具有高积累性和高耐受性的特点。超富集植物的修复存在修复周期过长、修复效率低和修复目标较为单一等局限性,因此施行一系列强化措施成为促进植物高效修复的有效途径。分析了当前重金属污染和修复技术特点,综述了重金属超富集植物研究现状和强化措施,并对此进行了总结与展望。

重金属超富集植物研究CiteSpace可视化分析

本文采用CiteSpace 5.8 R3软件对从Web of Science核心合集中提取的重金属超富集植物(HHMs)研究领域中满足条件的5 281条文献进行可视化分析。结果表明:1)根据发文量,HHMs可分为萌芽期、积累期和繁荣期3个时期。2)贡献最大的国家/地区、机构和作者分别是中国、中国科学院、Guillaume Echevarria和Lena Q Ma。3)热点主题分别从萌芽期的HHMs(尤其是Ni超富集植物)的分布、筛选以及对重金属(HMs)的耐受、毒性应激的研究,到积累期更多新的HHMs的报道、热门超富集植物的HMs富集机制、超富集植物与农作物对HMs富集差异的比较等方面的研究,再到新超富集植物的报道、多重金属超富集、As和Cd超富集植物、超富集植物-微生物联合修复、修复机制、强化修复技术和机制以及实际应用等方面的研究。4)3个时期的研究分别获得了9、8、7个代表性的知识域支撑。5)关键词突现分析表明,最近5年的研究热点主要涉及HMs超富集的数量变异及其遗传机制、Cd超富集植物、HMs的化学形态及其分布、超富集植物的抗氧化机制和修复强化技术等,它们有望在未来继续得到重点关注。

不同超富集和富集植物对重金属的共积累特性研究

通过盆栽试验,研究了超富集植物(蜈蚣草和龙葵)、富集植物(小飞蓬和马唐)对Cd,Cr,Cu,Pb和Zn 5种重金属的共积累特性。结果表明,几种植物根系干物质量最大的为蜈蚣草,而地上部分干物质量的最大的为马唐,且马唐的根冠比最小。几种植物对不同重金属元素的土壤有效态含量、植株体内含量和积累量不同,但5种重金属迁移率最高的均为龙葵。几种植物根系重金属总含量最大的为马唐,地上部分则为小飞蓬,地上部分重金属共积累总量的大小顺序为:马唐>龙葵>蜈蚣草>小飞蓬,而重金属共积累迁移率大小顺序为:龙葵>马唐>小飞蓬>蜈蚣草。因此,在较短时间内,对Cd,Cr,Cu,Pb和Zn复合污染的土壤进行植物修复的首选材料是马唐,其次为龙葵。

超积累植物修复土壤重金属污染的富集机理的研究与进展

植物修复是整治土壤重金属污染的重要手段之一,是目前世界范围内的研究热点,也是目前不多见的土壤污染治理的环境友好技术,而超积累植物是这一技术的关键^([1])。本文就目前超积累植物的特征、富集机理的研究现状进行了介绍。植物超富集重金属机理主要涉及植物对金属离子高的吸收、运输能力,区域化作用及螯合作用等方面,其中跨膜运载蛋白的表达、调控对重金属超富集这一特性起了关键作用。金属阳离子运载蛋白家族在超富集植物中已克隆出多个家族的金属运载蛋白基因,这些基因的过量表达对重金属在细胞中的运输、分布和富集及提高植物的抗性方面发挥了重要作用。

一种新的多金属超富集植物——圆锥南芥(Arabis paniculata L.)

野外调查和营养液培养试验表明,圆锥南芥(Arabis Paniculata L.)具有超量富集Pb/Zn/Cd的能力,是国内首次发现的Pb/Zn/Cd多金属超富集植物,它的出现填补了国内多金属超富集植物的空白,为重金属复合污染土壤的植物修复提供了新的种质资源。

杂草中具重金属超积累特征植物的筛选

针对目前植物修复中Cd单一污染和Cd—Pb—Cu—Zn复合污染的超富集植物缺乏研究,采用田间盆栽模拟试验方法,对东北沈阳地区20科54种田间杂草植物进行其重金属耐性及积累能力的初步系统研究.结果发现:蒲公英(Taraxacum mongolicum)、龙葵(Solanum nigrum)和小白酒花((Conyza canadensis)对Cd单一及Cd—Pb—Cu—Zn复合污染耐性均较强,对Cd有较高的积累能力,具有超富集植物的基本特征,进一步研究的价值很大.重金属元素间存在着协同和拮抗效应,在进行超富集植物筛选时,单一元素试验应与复合元素试验相结合,同时建议在利用某种重金属超富集植物进行修复实践之前,也应该进行类似的评估,以确保修复效果.田间盆栽模拟试验具有方法简单,接近植物生长环境条件,便于植物种识别鉴定等优点,是筛选重金属富集植物的一种尝试.

重金属污染土壤的植物修复研究 Ⅲ.金属富集植物Brassica juncea对锌镉的吸收和积累

采用温室盆栽试验研究了印度芥菜对土壤中锌镉污染的忍耐、积累能力 ,以检验这种植物修复Zn、Cd污染土壤的可能性及其潜力。在加入Zn 5 0 0和 1 0 0 0mgkg- 1 的土壤中 ,印度芥菜生长 66天后 ,叶片中积累Zn的平均浓度分别达 2 80和 662mgkg- 1 ,地上部带走的Zn分别为每盆 2 1 95和 341 2 μg。在加入Cd 2 0 0mgkg- 1 的土壤中生长的印度芥菜 ,叶片中积累Cd浓度为 1 61mgkg- 1 ,地上部带走的Cd为每盆 381 μg。和普通植物相比 ,印度芥菜更能将Zn和Cd从根运输到地上部。Zn 5 0 0mgkg- 1 处理的土壤在种植印度芥菜后其NH4NO3提取的Zn显著高于不种植物的处理 ;土壤添加Cd 2 0 0mgkg- 1 的处理NH4NO3提取的Cd也显著高于不种植物的处理 ,可能的原因是植物根分泌出特殊的分泌物 ,专一性地螯合溶解根系附近的难溶态Zn和Cd,从而提高土壤溶液中的浓度。印度芥菜对Zn、Cd有较强的忍耐和富集能力 ,是Zn、Cd污染土壤修复有潜力的植物。

超富集植物对重金属耐受和富集机制的研究进展

超富集植物对重金属耐受和富集机制的研究成为近年来植物逆境生理研究的热点,在简要总结细胞壁沉淀、重金属螯合效应、酶活性机制和细胞区室化作用的基础上,概述了超富集植物对重金属的耐受机制,讨论了重金属跨根细胞质膜运输,共质体内运输、木质部运输和跨叶细胞膜运输的富集过程。

超积累植物吸收重金属的生理及分子机制

超积累植物从根际吸收重金属 ,并将其转移和积累到地上部 ,这一过程包括跨根细胞质膜运输、从根表皮细胞向中柱的横向运输、从根系的中柱薄壁细胞装载到木质部导管、木质部长途运输、从木质部卸载到叶细胞 (跨叶细胞膜运输 )、跨叶细胞的液泡膜运输等主要环节和调控位点。

超积累植物的富集特征及耐性机理

利用超积累植物来修复重金属污染土壤是目前最有发展前途的一种植物修复技术.综述了超积累植物的富集特征、耐性机理和应用前景.

几种重金属(Pb、Zn、Cd、Cu)的超富集植物种类及增强植物修复措施研究进展

近年来土壤重金属污染问题越来越严重,植物修复技术以其安全、廉价的特点正成为研究和开发的热点,国内外对利用超富集植物来修复土壤重金属污染的研究已有大量报道。对超富集植物概念的提出及超富集植物吸收富集重金属的机理进行了归纳总结,主要就铅、锌、镉和铜四种重金属超富集植物的相关研究进展进行了分类、归纳与总结,同时还对增强植物修复效果的措施进行了探讨,以期为进一步合理有效利用植物修复土壤主要重金属污染提供一定的参考依据。

超富集植物治理重金属污染土壤研究进展

就国内外植物修复技术领域的研究进展作了综述,阐述了迄今报道的超富集植物、超富集植物吸收重金属生理机制、研究动态与前景。

植物重金属超富集机理研究进展

植物超富集重金属机理主要涉及植物对金属离子高的吸收、运输能力,区域化作用及螯合作用等方面,其中跨膜运载蛋白的表达、调控对重金属超富集这一特性起了关键作用。金属阳离子运载蛋白家族主要包括CDF家族、NRAMP家族和ZIP家族等,在超富集植物中已克隆出多个家族的金属运载蛋白基因,这些基因的过量表达对重金属在细胞中的运输、分布和富集及提高植物的抗性方面发挥了重要作用。综述了近年来研究重金属超富集植物吸收、转运和贮存Zn、Ni、Cd等重金属的生理和分子机制所取得的主要进展。

有机酸在超积累植物重金属解毒机制中的作用

有机酸是植物体内一种重要的金属配体,在超积累植物的解毒机制中具有重要作用。文章综述了有机酸参与超积累植物对重金属的吸收、运输、积累和解毒过程的生物学机制,最后对其存在问题进行了分析,并展望了未来的发展方向。

基于重金属污染土壤修复目标下的超积累植物与速生乔木研究进展分析

植物修复是一种绿色、经济、可行的修复土壤重金属污染的实用技术,针对性地选择修复植物类型是其关键之一。当前,国内外在草本与木本植物修复技术方面,展开了大量的研究,但对两者之间的修复能力、科学机制、技术应用等方面对比分析的论述,则相对缺乏。综述了超积累植物与速生乔木在重金属修复方面的优缺点,从逆境耐性、吸收转运能力、外源强化技术、经济技术成本、环境风险及后续处理技术等方面进行了论述,以期为今后重金属污染土壤植物修复工作的开展提供科学参考。

氮素营养对重金属超积累植物东南景天吸收积累锌和镉的影响

以重金属锌、镉超积累植物东南景天Sedum alfredii为研究材料,采用营养液培养法研究了氮素营养对东南景天生长及对重金属锌、镉吸收、积累和转运能力的影响。结果表明:适当的氮素营养能够促进东南景天的生长,提高东南景天地上部富集重金属的能力,在供氮2.50～5.00mmol·L-1时,东南景天地上部生长和重金属吸收、积累最佳,锌和镉质量分数分别达12.00g·kg-1和2.00g·kg-1。在应用东南景天重金属超积累植物进行土壤重金属污染修复时需要合理施用氮肥,从而提高植物修复土壤重金属污染的效率。

重金属超富集植物及植物修复技术研究进展

植物修复技术 ( Phytoremediation)是近年来发展起来的一种主要用于清除土壤重金属污染的绿色生态技术。重金属超富集植物 ( hyperaccumulator)及植物修复技术是当前学术界研究的热点领域 ,目前虽已有 Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn等超富集植物发现的报道 ,但尚无一例报道来自于中国。中国具有广袤的国土面积、丰富的植物类型和多种 (处 )古老的矿山开采与冶炼场所 ,在中国开展超富集植物的寻找、研究与开发工作 ,将会有重要突破 ,并具有重要的理论与实践意义。

镉低积累作物筛选及其与超富集植物间套作应用进展

我国农业用地镉污染严重,对农作物安全生产带来巨大隐患,被政府部门和诸多科研人员所重视。在确保农作物安全生产和改善农业生态环境的前提下,筛选并推广具有低积累镉功能的农作物品种,以及开展镉超标农田植物修复技术等研究,是我国农业高效、安全和可持续发展的迫切需要。介绍了目前我国耕地镉污染情况,探讨了镉低积累农作物的研究意义及筛选进展,报道了镉超富集植物筛选工作,阐述了利用镉低积累作物与超富集植物间套作应用于镉污染耕地研究状况。针对存在问题提出了建立基于有效性的土壤镉浸提态评价指标、加强镉低积累农作物筛选力度及完善镉低积累农作物与超富集植物间套作相关技术研究等对策建议。

某铅锌矿坑口周围具有重金属超积累特征植物的研究

针对目前植物修复中Cd-Pb-Cu-Zn复合污染的超富集植物缺乏研究,采用野外采样系统分析方法,对青城子铅锌矿各主要坑口周围17科31种杂草植物进行其积累特性的初步研究。结果表明,全叶马兰(Kalimeris integrifolia)、蒲公英(Taraxacum mongolicum)和鬼针草(Bidens bipinnata)3种植物地上部对Cd的富集系数均>1,且地上部Cd含量大于根部Cd含量,具备了重金属超富集植物的基本特征,进一步研究的价值很大。以杂草为对象筛选超富集植物很可能获得较大突破。