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1、标签:标题篇一：蜈蚣草对砷的生物富集研究蜈蚣草对砷的生物富集研究摘要：砷具有致癌、致突变和致畸性，是一种对免疫系统有害的物质。高砷地下水严重威胁全球数百万人的健康。超富集植物以其对重金属的耐性、富集性等特性展示了它在重金属污染修复方面的巨大潜力。利用超富集植物修复环境污染的研究获得了学术界和公众的普遍 关注。近年来，发现蜈蚣草可高效去除污染土壤和水环境中的砷。关键词：砷、超富集植物、蜈蚣草、植物修复1.1砷的危害及研究现状砷的危害砷是一种原浆型毒物，具有致突变、致癌和致畸性（郑凤英等，2006）,是我国砒霜的主要成分。砷化物是可由呼吸道、食物或皮肤接触中进入人体，能抑制酶的活性，干扰人体代谢
2、过程，使中枢神经系统发生紊乱，并导致毛细血管扩张（Saha, 1999）。如果人类长时间暴露在含砷环境中，会诱发肝癌、皮肤癌等，还会诱发畸胎。现在越来越多的癌症与含砷饮用水密切相关（肖细元，2003）。砷的慢性作用可导致皮肤有色素沉着以及手脚有角质物质生成， 从而进一步发展为皮肤癌。长期饮用含砷的地下水，爆发肝癌、皮肤癌及其它癌症的几率将 高达10%。另外土壤和水体的砷污染还会导致粮食减产，造成经济损失。砷的来源自然界中的矿物燃料煤和石油中含有一定量的砷，在冶炼燃烧过程中进入大气后产生大量砷化物，通过植物吸收和火山活动等自然过程可连续地将砷化物分散到土壤环境中。在世界各地，由于稀有金属矿的开采
3、和铜矿、 金矿的工业活动、居民燃用的高砷煤还有冶金、 玻璃、 陶瓷、制革、农药、某些有机和无机化学品制造、炼油和稀土提取等领域工业废水的排放，以及农业含砷杀虫剂的使用，使得多数区域遭受砷污染。过量的自然和人为来源砷，由于地 球化学作用，使砷广泛存在于地表和地下水体中，进入地质大循环和生物地球化学小循环后，将表现出其地球化学危害行为（郑凤英等，2006）。砷的污染现状由不同来源的砷化物进入环境后，在局部地区聚集，引起环境中砷含量升高，进而造成砷 污染公害的事件时有发生。砷污染及其危害己逐渐成为一个世界性突出的环境问题。水体中砷污染程度也更加严重。目前受到砷污染危害的国家主要有：孟加拉、印度、智利
4、、泰国、美国、中国、阿根廷、巴西、墨西哥、德国、西班牙、英国、加拿大、越南（Smedley&KInniburgh ，2002）。另外，日本政府己将砷中毒继铅中毒、 水俣病、痛骨病等严重污染疾病， 宣布为第四公害病。近年来，我国不断出现砷污染和砷中毒事件。在内蒙、贵州、山西、台湾、湖南、广西等 地区砷危害严重。我国自1956-1984年共发生了 30多起砷污染事件，使砷广泛存在于地表与地下水体中（廖自基，1992）。由于被污染的饮用水中砷浓度达到100卩g/L ,就极易致癌，所以我国将砷列入水中优先控制污染物名单。从2003年开始，国际上对饮用水标准进行了修订，将砷的允许含量从50卩g
5、L-1降至10卩g L-1 （郑凤英等，2006 ）。治理砷污染的主要方法在砷污染的修复方法中，传统的土壤修复方法主要有以下几种：（1）固化/稳定化法；（2）玻璃化法；（3）土壤淋洗/酸提取法；（4）冶炼回收法；（5）吸附法（杨洁等，2003）。目前处理废水或饮用水中砷的方法有：物化法（凝结/过滤、离子交换、反渗透法），化学法（石灰软化、氧化铁或活性氧化铁（铝）吸附）和生物法等，但对于大流域、低含量的砷 则很难处理。并且常规处理方法中：化学处理法处理含砷废水时存在成本高，并且处理后生成的浮渣易产生二次污染等缺点；物理处理法只能够处理浓度较低、处理量不大、组成单纯并且有较高回收价值的含砷废水，而
6、往往工业废水的成分较复杂，所以物理法实用化程度较低；生物处理法处理含砷废水时，虽然具有经济、高效且无二次污染等优点，但是目前理论上尚未成熟，实际应用到工业中不多（孙桂琴，2008）。因此，研究具有成本低廉、操作简便、符合饮用水标准特性的深度处理方法直接处理水中As至关重要。植物修复植物修复技术就是指利用植物提取、吸收、分解、转化或固定土壤、沉积物或地表水、地 下水中有毒有害污染物技术的总称。从广义上讲就是是利用包括高大的乔木、灌木、草本植物等众多植物去除土壤、空气、水体、沉积物或污泥中的重金属、有机物等污染物的技术。 按其修复的机理和过程分，植物修复可以包括植物稳定、植物挥发、根际过滤、根际降
7、解和植物萃取等技术。植物修复（phy-toremediation）与传统修复相比，具有利用太阳能、安全、成本低、生态协调 及环境美化功能等特点（廖晓勇等，2007），常常也被称之为绿色修复。超积累植物这一概念在1977年第一次由新西兰地质学家Brooks提出，是指那些能超量积累某些化学元素的野生植物。超积累植物一般生长于矿山区、成矿作用带或某些特定的地表土壤中，常常构成一个孤立的“生态学岛屿”。对于植物富集化学元素究竟要达到多少才能被列入超积累植物的 范畴，目前还没有统一的标准。但超积累植物一般都具备以下两点特征：（1）是该植物对某种或某几种重金属具有超常耐性；（2）是该植物对重金属具有超量积
8、累性（蒋彬，2002）。超积累植物（Hyperaccumulator）是指对某种重金属元素的吸收量超过一般植物吸收量的100倍以上的植物（褚贵新 &任岗，2001 ）。根据目前发现的超积累植物已达400余种（Chen& Wei, 2002），其中多为十字花科植物，以镍超积累植物类型最多，约290种。有的超积累植物可同时积累多种重金属元素，如铜和钴的超积累植物有约50种，铜的约24种，钴的约26种，其中有9种对铜和钴都有超积累能力，As的超富集植物研究较晚，但是比较系统（Chen & Fan , 2002）。一般超积累植物体内某种重金属元素含量应大于一定的标准， 必须有较
9、高的运输该重金属的能力。植物所吸收的金属元素大多分布在地上部分，而相对于非超积累植物，其地下根系的Zn、Ni等重金属含量往往是地上部的10倍以上（褚贵新&任岗，2001）。并且超积累植物在进行产后处置-灰化后，其灰分中重金属含量可提高10倍,更有利于对重金属的回收利用（万云兵等， 2002）。一般利用植物修复污染环境必须以下两 点具备：（1 ）是高效降解有机污染物、耐受或超富集重金属污染物的植物材料；（2）是要获得最佳修复效果的理论知识及实际操作关键技术（涂书新，2004 ）。砷超富集植物一蜈蚣草1999年，陈同斌等人在中国境内找到砷的超富集植物，并于2000年10月“土壤修复国际会议
10、”上介绍了这一成果 （Chen et al.，2002） ； 2001年3月Ma等人也报道在美国境内 发现了砷超富集植物一一蜈蚣草（Pterisvittata L.）（张斌才，2005）。蜈蚣草具有极强的耐砷特性，能够在23400 mg/kg As的矿渣上正常生长（肖细元等， 2003），其羽片砷含量是普通 植物的数十万倍，用包含9 mg/kg的砷的未污染的土壤中试验，生物富集系数（羽片中砷含量/土壤中砷含量）高达 80（ Minganti&Cornara ，2004）;该植物体内砷的分布规律与 普通植物不同，砷含量为羽片叶柄根系（陈同斌等，2002）。植物修复是当前治理污染环境的一个
11、研究热点，超富集植物是植物修复的关键材料。蜈蚣草（P. vittata L.）作为一种砷超富集植物，不但具有较强地耐砷和富集砷的能力，而且具有生长速度快，生物量大， 适应性比较强，分布广的特点，预示其有较大的应用价值和潜力（安志装等，2003）。在我国秦岭以南的各省，如湖南、湖北、广西、云南等地都有大量蜈蚣草生长，同时蜈蚣草也是一种钙质土壤指示植物(廖晓勇等，2003)。对采自生长于砷污染和未受砷污染土壤中的蜈蚣草进行室内添加砷的试验，可以发现它们对砷的富集没有明显的区别，他们的孢子育苗移栽后的蜈蚣草同样具有很强的砷富集能力。这些说明蜈蚣草具有稳定的遗传性。除了 Fe As 04和Al As
12、04难溶以外，蜈蚣草能够有效的去除溶液中的K2HAs 04，Na As04，Ca(As 04)2等形态砷。蜈蚣草的地上部累积的砷可达 22.6 g/kg(以干重计)，砷占地上部 生物量(以干重计)的2.3%，其含量高于大量元素磷( Maetal.2001 ； Wang et al., 2002)。蜈蚣 草的地上部砷含量远远高于一般植物(<10 mg/kg)，其生物富集系数能够达到1450(Bioconcentration factor:植物地上部与土壤砷含量的比值)，其生物转移系数能够达到24(Translocation factor :植物地上部分与地下部分砷含量的比值)(Cong e
13、t al., 2002)。这些与一般植物的显著差异说明了超富集植物必然具有独特的生理生化代谢过程和抗砷机制(段桂兰等，2007)。蜈蚣草羽片对砷具有较强的木质部运输和御载能力，植物体内迁移能力较强的 大量元素K的分布与As最为相似，而迁移能力较弱的Fe、Ca的分布和As呈相反的趋势。研究现状土壤重金属污染是一个全球性的问题，因为重金属污染是一个不可逆的过程，其在土壤中滞留的时间长，非超富集植物或微生物难以降解， 不仅对人类健康带来严重及潜在危害，而且使大量农用地荒废(赖发英，2004)。国内外针对蜈蚣草修复土壤重金属As污染的研究十分活跃，已经将生态修复作为探索利用生物工程技术来修复重金属污染
14、土壤的一种新方法(赖发英，2003)，并取得了一些创新性的成果。归纳起来，主要集中在：(1)是蜈蚣草对 As的富集特性；(2)As在蜈蚣草中的存在形态以及其转化方式研究；(3)研究P、Ca、K等元素对蜈蚣草吸收、转运As的影响；(4)蜈蚣草对 As的耐性机制等方面的研究(潘志明，邓天龙，2007)。超富集植物作为土壤重金属植物修复的基础，目前对其吸收、 转运和富集砷的机理研究，已经发展到了分子水平，但对于其根际分泌 物和根际微生物的研究还较少。蜈蚣草作为近几年来发现的超富集植物。虽然关于蜈蚣草富集土壤重金属As的研究报道已有很多，但关于蜈蚣草富集水中As的研究目前少有报道。蜈蚣草这类蕨类植物虽
15、喜好温暖潮湿的环境但非水生，因此利用这些蕨类植物进行饮用水除砷的研究相对较少。到目前为止，国内还很少有关于超富集植物用于饮用水除砷的报道，且这些为数不多的研究集中于溶液培养条件下超富集植物对溶液中砷的去除效果。其培养液与实际高砷饮用水差别较大， 实际应用受到很大限制。在国外虽然有少数是脱离营养液环境，研究蜈蚣草去除水中砷的效果，但他们也没有和实际咼砷地下水环境相结合。如Elless等在没有营养液存在的环境下，研究了流速对蜈蚣草吸收砷的影响( Elless et al., 2005)。而实际上，高砷水水环境很复杂， 如内蒙高砷地下水中含有大量的HCO3-、CI-,并且砷在天然水体中主要以亚砷酸盐(As(III)及砷酸盐(As(V)形式存在，地下水则 As(III)为主。As(III)与巯基有很强的亲和力，而As(V)和巯基亲和性不强，因此As(III)比As(V)毒性大(郑凤英等，2006)。而同时在蜈蚣草对 As(III) 和As(V)处理中，由于蜈蚣草中砷的形态主要是无机砷，同时根系中的As分别以 As(III)和As(V)为主；而在叶柄和叶片中 As都以As(III)的形态为主(Lei & Chen , 2
