土壤镉污染与植物修复机制

在我国的重金属土壤污染中，镉(Cd)污染是危害性最大的。Cd元素已被联合国环境规划署列为全球性意义危害化学物质之首。Cd污染不仅会引起土壤功能的失调、土质的下降，还会不同程度的损害植物的生理发育，影响植株的生长代谢。Cd通过植物吸收，富集而转移进入食物链危害人类的生命和健康。 汉斯出版社《植物学研究》有篇文章强调，Cd所引起的污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性，同时Cd又极易进入水体和大气，从而影响食品安全，危害生命保障。在长期Cd胁迫的危害下，植物也产生了相应的抗性对策，以达到通过避开或耐受重金属污染而继续生存的目的。现阶段，所发现的方式主要有排斥、沉淀和螯合。 　　金属排斥是植物抑制重金属进入其体内，或吸收后排出，或阻碍转运过程的现象。有研究表明，植物的细胞脂膜具有选择特异性，是限制Cd2+利用跨膜运输进入细胞内的重要屏障。另外，依据对耐性植物的金属吸收与代谢关系的相关性研究发现，植物的原生质膜能够利用转运器运载主动将重金属排除体外。 　　植物对Cd的沉淀主要是通过细胞壁和液泡来完成的，通常被沉淀后的Cd会失去毒性。细胞壁是植株阻碍Cd2+进入植物细胞的第一道屏障，通过利用细胞壁的沉淀发挥功能，Cd2+在穿过细胞壁时会部分与细胞壁上的基团结合、沉淀、络合或吸附，从而阻止了大量Cd2+进入原生质体内，降低Cd毒害。 　　螯合作用是通过诱导合成金属配位体，并形成金属配位体复合物，且在器官、细胞和亚细胞水平区室化分布，来降低Cd的毒性。现阶段研究结果表明，主要起作用的金属螯合蛋白有金属硫蛋白和植物螯合素；是衡量植物是否能超级累重金属的一项重要指标。它们能结合植物吸收的Cd2+并去毒化转运至液泡储存，有效减少游离态Cd。 　　另一方面，自然界中的重金属污染主要是多元素复合污染，Cd在与其它金属交互作用中，表现为协同、累加或拮抗等特性，其中以拮抗作用对植物的生长最为有利，研究价值最大。 　　Cd在与Cu的复合污染中，会通过竞争吸附位点表现出拮抗效果，而相对有效降低Cd的富集；在Cd与Zn的复合污染土壤研究中发现，Cd会与Zn竞争土壤胶体中的吸附点，释放土壤中的化合态Zn，从而提高土壤中Zn的有效性，减少Cd进入植株体的几率；Ca与Cd在土壤中的相互作用，主要呈现出显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，通过有效运转Cd到地上进行消耗或排解。 　　然而，施加Cu、Zn、Ca等元素模拟自然状态下复合污染处理，可以通过有效提高耐受性或富集性，使植物拥有种植在超越其忍受限度的更高浓度的Cd污染土壤上的机会；显示了其巨大的利用植物修复手段去治理更高浓度重金属污染的潜能。且达到金属治理金属污染的双重解决优势。在改善环境土壤污染方面具有深远意义。