圆叶决明_Chamaecristarotu_省略_ia_对重金属镉胁迫的响应及镉
农业环境科学学报2010,29(12):2287-2292Journal of Agro-Environment Science
摘
要：以圆叶决明2228（Chamaecrista rotundifolia ）为材料，采用土培法，研究重金属镉对圆叶决明2228保护酶（SOD 和POD ）、生
长（生物量、株高、SPAD 值和含水量等）的影响，同时分析圆叶决明对镉的吸收效果。结果表明，重金属镉胁迫下圆叶决明2228保护酶活性均随着镉处理浓度的升高呈先升后降的趋势，其中20mg ·kg -1镉胁迫下SOD 酶活性最强，50mg ·kg -1镉胁迫下POD 酶活性最强；镉对圆叶决明的生长抑制表现为抑制植物的生长，降低株高和生物量，但与叶绿素相关的SPAD 值无显著变化。通过镉含量分析可知，圆叶决明2228吸收的镉量均未超过镉临界指标含量，因此该植物不是镉超富集植物，但生物富集系数大于1，为镉耐性植物。由于圆叶决明生长过程中生物量大，在生长过程中可通过生物量带走部分重金属镉，圆叶决明2228具有修复轻度镉污染土壤的潜能。
关键词：圆叶决明2228；镉；保护酶；生长；生物富集中图分类号：X503.233
文献标志码：A
文章编号：1672-2043(2010)12-2287-06
圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia ）对重金属镉胁迫的响应及镉吸收效果研究
钟珍梅，黄勤楼，王义祥，黄毅斌
（福建省农科院农业生态研究所，福州350013）Response to Cadmium Stress and Cadmium Uptake of Chamaecrista rotundifolia
ZHONG Zhen-mei,HUANG Qin-lou,WANG Yi-xiang,HUANG Yi-bin
（Agricultural Ecology Research Institute,Fujian Academy of Agricultural Sciences,Fuzhou 350013,China ）
Abstract ：The objective of this study is to analyze the effect of cadmium （Cd ）stress on cadmium uptake of the studied plant.Chamaecrista rotundifolia 2228,growing in plastic pots （d=25cm ）,was investigated in terms of changes of antioxidant enzymes （Super Oxide Dismutase,SOD and Peroxidase,POD ）,and growth indices （biomass,plant height,chlorophyll content-SPAD value,and water content ）.The results in －dicated that with increasing concentrations of applied Cd,the enzyme activities increased and then decreased.The strongest activities of SOD and POD were observed at a Cd stress level of 20mg ·kg -1and 50mg ·kg -1,respectively.The results also showed that the presence of Cd sig －nificantly limited the growth of Chamaecrista rotundifolia 2228,implying by the reduced plant height and biomass,in comparison of the con －trol.However,no significant change of SPAD value was identified at all levels of Cd stress.Cd contents of all the plants had never exceeded the critical value,which implied that Chamaecrista rotundifolia 2228might not be a hyper-accumulator for Cd.However,the plant showed a substantial tolerance level to Cd as the bioaccumulation factor for most of the treatments was greater than one.A substantial amount of Cd could still be taken by Chamaecrista rotundifolia 2228from the contaminated soil considering such high biomass values of the plant accumu －lated during the growing process.Clearly,Chamaecrista rotundifolia 2228has a promising remedial potential for soils with a light or middle level of Cd contamination.
Keywords ：Chamaecrista rotundifolia 2228;cadmium;antioxidant enzymes;growth;bioaccumulation
收稿日期：2010－06－08基金项目：国家科技支撑计划项目（2008BAD95B08）；福建省自然基金
项目（2008J0257）
作者简介：钟珍梅（1975—），女，福建邵武人，硕士研究生，助理研究
员，主要从事农业生态研究。E－mail ：mume19＠126．com
通信作者：黄毅斌E－mail ：ecology＠public．fz．fj．cn
镉（Cd ）是植物非必需元素，其生物毒性非常强，它不参与生物的结构和代谢活动，即使在低浓度下对植物体也会产生毒害作用[1]。镉对植物的毒害作用主
要表现在影响植物地上部分生长、抑制植物光合作用
和蒸腾作用、干扰植物的代谢进程、降低产量和品质、加速植物衰老等[1-5]。但不同的植物在镉胁迫下表现不尽相同。
圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia ）是近几年从澳大利亚国际农业中心引进的豆科牧草，经过多年研究发现，该草抗逆性强、产量高，适合南方山地种植。我们前期已做了大量关于干旱、水分、低温、金属铝、
2010年12月
镧等胁迫下圆叶决明生理生化反应的研究[6-12]，而重金属镉胁迫下圆叶决明的生长响应及对重金属镉的吸收能力尚未报道。由于应用推广过程中常将圆叶决明作为生态牧草套种于果园、茶园中，陈剑侠等报道，受到人为因素的影响，福建省部分茶园土壤存在不同程度重金属镉污染[13]。本文采用盆栽试验，研究镉胁迫对圆叶决明生长的影响，以此评估圆叶决明对重金属镉的最高耐受浓度，同时分析其吸镉能力，以期为筛选既适合南方种植又具有修复重金属镉污染土壤能力的植物提供科学依据。
1材料与方法
1.1材料
盆栽试验于2009年6至8月在农业生态研究所网室进行。盆栽用土取自福建典型山地茶园红壤，土壤理化性状如下：全氮0.005%，全磷0.160%，全钾2.336%，有机质0.755%，pH值5.23，速效氮7μg·g-1，速效磷痕量，速效钾32.05μg·g-1，重金属镉0.82mg·kg-1。植物材料采用福建省农科院农业生态研究所自有矮生圆叶决明品种2228。
1.2试验设计
准备15个口径为25cm的塑料盆，每盆装土8.9 kg，施入基肥NaH2PO4·2H2O1592.61mg，KCl758.91 mg，MgSO4·7H2O2026.38mg，CH4N2O118.41mg，拌匀，稳定2周后播种，圆叶决明生长至8~9片叶进行重金属胁迫，重金属镉以CdCl
2
·2.5H2O施入。试验设置4个处理：处理Ⅰ施20mg·kg-1镉，处理Ⅱ施50 mg·kg-1镉，处理Ⅲ施80mg·kg-1镉，处理Ⅳ施100 mg·kg-1镉。以不加重金属为对照（CK），每处理3次重复，处理后8、24、48h和72h取叶片测定SOD和POD酶活性，其他指标在植株生长两个月后收割时测定。收割时处理Ⅳ枯死，采集枯叶、茎和根，其他处理用自来水洗净根系泥土，用蒸馏水清洗植株，再用吸水纸吸干表面水分，于干燥通风处快速晾置10 min，分离地上部和地下部，茎、叶、根称重，置于90℃干燥箱中杀青20min，于60℃下烘至恒重，用电子天平称取各部分干重，烘干样品用粉碎机粉碎，用于镉的测定。
1.3测定方法
植物生物量、株高用常规方法测定，SPAD值用SPAD仪测定，植物重金属镉送至福建省农科院中心实验室测定，测定方法依据GB/T13082，土壤重金属镉送至福建省分析检测中心检测，测定方法依据GB/
T5009.15—2003。
SOD酶活性照王爱国等（1983）的方法测定；POD 酶活性参照袁庆华等（2002）的方法测定。
1.4数据分析
用Excel和SPSS11.5进行数据处理和统计分析，数据采用“平均数±标准误”，重金属含量为3次重复混合样的测定结果，统计分析采用邓肯氏新复级差法。
2结果与分析
2.1镉胁迫下圆叶决明酶活性的变化
圆叶决明SOD酶活性随时间和处理浓度的变化如图1所示。随着处理时间延长，SOD酶活性呈升高趋势，且处理时间对SOD酶活性的影响差异极显著（P＜0.01）。随着处理浓度增加，SOD酶活性也呈先升后降趋势。镉胁迫8h后，处理ⅡSOD酶活性最高，显著高于对照和其他处理，而处理Ⅳ的SOD酶活性最低，显著低于对照和其他处理。镉胁迫24h后，SOD 酶活性总体升高，其中处理ⅠSOD酶活性最高，显著高于对照和其他处理，其他处理和对照之间差异不显著。镉胁迫48h后，SOD酶活性趋于稳定，其中处理Ⅰ的SOD酶活性最高，显著高于对照和处理Ⅱ。镉胁迫72h后，处理Ⅰ的SOD酶活性最高，处理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的SOD酶活性显著高于对照和处理Ⅳ。表明在20 mg·kg-1镉胁迫下，即处理Ⅰ的SOD酶活性最强，镉胁迫72h，SOD酶活性最强。
圆叶决明POD酶活性随时间和处理浓度的变化如图2所示。随着处理时间延长，除了处理Ⅰ外，其他处理POD酶活性均呈先升后降的趋势，且处理时间对SOD酶活性的影响差异极显著（P＜0.01）；随着处理浓度增加，POD酶活性也呈先升后降再升的趋势。镉胁迫8h后，处理Ⅰ的POD酶活性最高，其次为处理Ⅳ，两者之间差异不显著，但显著高于对照、处理Ⅱ和Ⅲ。镉胁迫24h后，除了处理Ⅰ外，其他处理POD 酶活性升高，其中处理Ⅱ的POD酶活性最高，显著高于对照、处理Ⅰ和Ⅲ。镉胁迫48h后，POD酶活性继续升高，其中处理ⅡPOD酶活性最高，显著高于对照和处理Ⅰ。镉胁迫72h后，POD酶活性大幅度降低，处理Ⅰ的POD酶活性最高，显著高于处理Ⅲ。表明在50mg·kg-1镉胁迫下，即处理Ⅱ的POD酶活性最强，镉胁迫48h，POD酶活性最强。
双因素方差分析结果表明，处理浓度和处理时间交互作用对SOD酶活性和POD酶活性影响也极显著（P＜0.01），且SOD酶活性、POD酶活性和镉处理浓
钟珍梅等：圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia）对重金属镉胁迫的响应及镉吸收效果研究2288
第29卷第12期农业环境科学学报图1镉处理后圆叶决明SOD 酶活性的变化Figure 1The change of SOD enzyme under Cd stress
图2镉处理后圆叶决明POD 酶活性的变化Figure 2The change of POD enzyme under Cd stress 400350300250200150100500
8
24
4872
CK
处理Ⅰ处理Ⅱ
处理Ⅲ
处理Ⅳ
b b a
b
c
b a
b
b
b
b
a
b
ab ab b
a
a
a b
表1镉胁迫下圆叶决明生理和生长的变化
Table 1Change of physiology and growth of Chamaecrista rotundifolia under Cd stress
度及处理时间呈线性相关（R =0.810、0.829）。2.2镉胁迫下圆叶决明生长的响应
镉胁迫后处理Ⅳ植株枯死，其他处理仍然能保持一定的生长，叶面积、SPAD 值、株高、地上部鲜重和含水量的变化如表1所示。镉胁迫对SPAD 值无显著影响，随着镉浓度的增加，叶面积呈降低趋势，但仅处理Ⅲ叶面积显著低于对照。镉胁迫对圆叶决明SPAD 值无显著影响，表明经过长时间生长后，SPAD 值趋于稳定。
镉胁迫后，圆叶决明株高显著降低，生长受到抑制。镉处理后圆叶决明生物量显著降低，其中处理Ⅲ生物量最低，显著低于对照和其他处理，但与对照相
比，仍然能保持32.71%的生物量，表明圆叶决明2228是一种高抗镉植物，能适应浓度高达80mg ·kg -1镉胁迫。镉胁迫对圆叶决明的含水量无显著影响。2.3圆叶决明吸收镉效果分析
圆叶决明吸收镉的量如表2所示。随着镉浓度增加，圆叶决明茎、叶和根中镉含量也随之增加，镉
注：处理Ⅳ收割的时候枯死，所以SPAD 值、叶面积、株高和含水量无测定值；表格数据为3次测定的平均值，表中同一列数据后字母相同的表示差异不显著，字母不同表示差异显著，显著性水平为0.05。
处理treatment
SPAD 值SPAD value
叶面积Leaf area/m 2
株高Plant height/cm
生物量biomass/g 含水量water content/%
CK 33.37±1.73a 0.22±0.02a 69.93±4.04a 51.58±2.37a 55.84±3.62a 处理Ⅰ34.00±2.65a 0.13±0.01ab 45.43±0.5b 31.57±1.67b 53.44±1.29a 处理Ⅱ37.53±2.09a 0.14±0.05ab 43.43±0.28b 23.63±9.91bc 54.54±10.52a 处理Ⅲ31.1±2.58a
0.08±0.02b
44.87±1.48b
16.87±1.90c
47.15±5.96a
处理Ⅳ
----
180160140120100806040200
8
24
48
72
CK
处理Ⅰ
处理Ⅱ
处理Ⅲ
处理Ⅳ
a
b
b
b
a
b
b
a
b
a
c
b
a
a
a
ab
a
ab
b
ab
S O D 酶活性/U ·g -1
取样时间/h
取样时间/h
P O D 酶活性/m i n -1·g -1F W
注：图中相同的字母表示差异不显著，字母不同表示差异显著，显著性水平为0.05,下同.
2289
2010年12月
表2圆叶决明对重金属镉的吸收效果Table 2The uptake of Cd by Chamaecrista rotundifolia
浓度与叶、根中的镉含量呈显著相关（R =0.893、0.893；P ＜0.05），地上部镉含量也随镉处理浓度的增加而增加，但不与镉浓度显著相关（表2、表3）。生物富集系
数是指植物地上部吸收镉量与土壤中镉含量的比值，Baker [14]认为，超累积植物富集系数远远大于1，而排斥型作物富集系数往往小于1。从表3可知，对照圆叶决明对镉富集系数最大，为6.83，其次是处理Ⅳ，生物富集系数为6.29，但处理Ⅳ由于植株枯死，在实际应用中意义不大，其他3种处理富集系数从大到小的顺序为处理Ⅱ＞处理Ⅰ＞处理Ⅲ，其生物富集系数均大于1，表明圆叶决明2228不是重金属镉排斥植物。当土壤中含少量镉（0.82mg ·kg -1），不影响圆叶决明的生长，但人为添加镉后，圆叶决明吸收效果变差，富集系数降低，均低于对照。
3讨论
Perfus 等[15]认为，Cd 2+累积会导致叶绿体及色素解体、增加非光化学猝灭并降低光合效率。关丽等[16]
研究表明，随着水稻植株体内镉浓度升高，水稻中叶绿素含量逐渐下降，二者呈显著相关。本研究发现重金属镉胁迫后圆叶决明2228的生长受到抑制，表现为株高降低、生物量减少，但SPAD 无显著变化。镉对植物生长的抑制有时间过程，当圆叶决明刚受到镉胁
迫时，可能叶绿素含量发生改变，但经过一段时间生长和适应，其光合作用受抑制过程稳定，因此导致SPAD 值无明显变化，镉也可能不抑制与SPAD 值相
关的叶绿素含量，但抑制圆叶决明光合作用中其他叶绿素含量。
SOD 和POD 酶是植物抗氧化系统中的两种保护酶，Pereira 等[17]研究发现，用0.2mmol ·L -1CdC12处理后，菽麻SOD 的4个同功酶（2个Mn-SOD 和2个Cu/Zn-SOD ）在根和叶中的总活性以及4种同功酶活性均无显著差异。在海藻拟微球藻上的研究发现，Cd 2+处理后POD 活性增加了4倍，而SOD 活性则显著下降[18]。本研究发现镉处理后，圆叶决明2228的SOD 和POD 酶活性升高，当镉浓度达到一定量时，酶活性降低，表明圆叶决明2228抗重金属镉的生理过程可能和SOD 及POD 酶活性相关。由于抗氧化系统包含多种组分，是一个复合系统，不同的植物启动的保护机制不尽相同，因此可能激活不同的保护酶活性。目前，利用植物提取土壤中的重金属有两种途径：一是利用超累积植物的超强吸收能力，提取土壤中重金属；另一种修复方式是选用生长较为迅速、生物量较大、富集重金属能力相对较强的非超累积植物提取重金属。超富集植物能够吸收较一般植物高100倍的重金属而对本身未造成任何伤害，但这类植物生
处理treatment 镉含量Cd concentration/mg ·kg -1地上部镉含量/mg ·kg -1
concentration in above-ground
土壤镉含量/mg ·kg -1Cd concentration in soil
生物富集系数
biological enrichment coefficient
茎stem 叶leaf 根root CK 8.22 2.0210.39 5.120.75 6.83处理Ⅰ75.55 3.44100.6339.49518 2.19处理Ⅱ121.16 3.57235.5862.36528 2.23处理Ⅲ139.9348.35424.0994.1447 2.01处理Ⅳ
1175.01
44.58
1128.9
609.795
97
6.29
注：国家土壤环境质量标准（GB 15618—1995）规定，当土壤pH 值为5.23＜6.5时，土壤中隔含量必须≤0.3mg ·kg -1，因此对照即不添加外源镉的土壤中的镉含量已经超过国家标准，对照的土壤为轻度镉污染土壤。
表3镉处理浓度与圆叶决明茎、叶和根镉含量的相关性分析
Table 3The correlation analysis between the Cd concentration and Cd content in stem ，leaves and root
镉浓度Cd concentration
镉含量Cd concentration
茎stem
叶leaf
根root
地上部above ground
镉浓度Cd concentration 1镉含量茎stem 0.761Cd concentration
叶leaf 0.893*0.6331根root 0.893*0.969**0.7861地上部above ground
0.779
0.999**
0.661
0.977**
1
钟珍梅等：圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia ）对重金属镉胁迫的响应及镉吸收效果研究2290
第29卷第12期农业环境科学学报
物量较小[19]。杨勇等[20]研究发现，由于生物量大，非超富集植物烟草生长过程中从土壤中提取的镉比超累积植物遏蓝菜多。本研究发现，圆叶决明2228在含镉80mg·kg-1的土壤中仍然能保持32.71%的生物量，且生物富集系数大于1，说明圆叶决明2228是一种高抗镉植物，但土壤镉浓度越高，其对镉吸收系数越小，因此圆叶决明2228不适合应用于高浓度镉污染土壤的生物修复。圆叶决明2228生物产量高（干物产量建植当年最高可达7960kg·hm-2），种子来源丰富，目前已在南方丘陵红壤山地广泛推广种植，其对镉具有高抗性，在轻度镉污染土壤中的生物富集系数大，因此可将其应用于轻度镉污染土壤的生物修复。
4结论
（1）镉处理浓度和处理时间对圆叶决明2228SOD 和POD酶活性的影响均表现为差异显著（P=0.00＜0.01），随着镉处理浓度的增加，SOD酶活性和POD 酶活性均表现为先增后降的趋势，20mg·kg-1镉胁迫下SOD酶活性最强，50mg·kg-1镉胁迫下POD酶活性最强。随着镉处理时间的延长，SOD酶活性呈增高趋势，镉胁迫72h，SOD酶活性最强；POD酶呈先增后降低的趋势，镉胁迫48h，POD酶活性最强。
（2）研究表明，圆叶决明2228能在0~80mg·kg-1的土壤中生长，表现为生长受抑制，植株变矮，生物量降低，当土壤镉含量为80mg·kg-1时，圆叶决明2228仍能保持32.71%的生物量，表明圆叶决明2228是一种高抗镉植物。
（3）圆叶决明2228茎、叶和根中镉含量随镉浓度增加而增加，由于其地上部镉含量未超过临界指标含量（100mg·kg-1），圆叶决明2228不是镉超富集植物，但在4种浓度的镉胁迫下，圆叶决明2228对镉的生物富集系数均大于1，说明圆叶决明2228是镉敏感性植物。
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致谢：路易斯安那州立大学植物、环境和土壤科学学院（School of Plant，Environmental and Soil Sciences,Louisiana State University）朱远达博士对本文英文摘要进行修改，在此表示感谢。
钟珍梅等：圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia）对重金属镉胁迫的响应及镉吸收效果研究2292
水稻重金属镉污染研究综述
水稻重金属镉污染研究综述 镉（Cadmium，Cd）是一种毒性极强的重金属元素，也是人体和植物非必需元素。Cd 由于其在环境中具有很强的迁移转化特性及对人体的高度危害性而被列为《国家重金属污染综合防治“十二五”规划》重点关注的5大重金属污染元素之一（孙聪，2014）。镉通过食物链进入人体后，会对人体肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼及血液系统等产生损伤，造成急性或慢性中毒，甚至癌变。镉过量会抑制植物的生长。水稻是中国第一大粮食作物，全国约有65%人口以稻米为主食，稻米的安全品质与人类健康密切相关，目前水稻生产正受到镉污染土壤的严重威胁（孟桂元，2015）。与其它重金属元素相比，镉（Cd）对水稻显示出更大的毒性，镉的活性较强，容易被水稻吸收和富集，可以在不影响水稻正常生长的情况下积累较高含量的镉，重金属Cd通过灌溉在土壤中累积，且主要累积在0－20cm表层土壤（姜国辉，2012），经过根、茎、叶的吸收，最终迁移到稻米中，直接影响人类的健康。据不完全统计，我国受镉污染的农田面积已超过20万hm2，每年生产镉含量超标的农产品达14.6亿kg（杨双，2015），由于重金属污染导致的粮食每年减产1000多万t，受污染粮食多达1200多万t，经济损失达200多亿元。如在湖南安化县境内的某铀矿区，每年因污灌带入农田的镉达2-3kg/hm2，使近40km2的农田受到不同程度污染。严重危害了广大人民群众的身体健康（贺慧，2014）。目前土壤镉污染问题已成为国内外学者研究的热点之一（李启权，2014）。国内、外关于土壤Cd污染对水稻的生态风险进行了大量的研究，主要集中在不同水稻对Cd的富集机理、Cd在土壤-水稻系统迁移转化的根际过程及分子机理与遗传规律、Cd诱导胁迫的生理生化特征及Cd污染土壤的生态修复等。 1、不同水稻对Cd的富集机理 大量研究表明，由于遗传特性的不同，水稻对镉的吸收存在着很大差异，这种差异不仅表现在水稻的不同类型之间，也表现在不同品种之间。李坤权等研究表明，水稻糙米中的镉浓度与水稻类型有关，即籼型＞新株型＞粳型（李坤权，2003）。李正文等采用田间试验的方法，研究了江苏省目前栽种的57个水稻品种，揭示了杂交稻Cd吸收极显著高于常规稻（李正文，2003）。徐燕玲等认为，在低污染水平土壤上，水稻对Cd的累积品种间存在一定的稳定性，而水稻类型间Cd含量没有显著差异，因此按照水稻类型来筛选是不可行的，应针对品种来筛选并对筛选出来的稳定的品种进行重点研究（徐燕玲，2009）。孙聪研究发现，不同水稻品种对土壤中Cd毒性胁迫有显著性差异，虽然Cd属于非必需元素，但不同水稻品种对低剂量Cd表现出不同的刺激效应。经过Burr-III模型的计算得到基于保护95%水稻品种的土壤中Cd50%抑制浓度值（HC550%）为4.93mg·kg-1（孙聪，2014）。 孟桂元以湘中地区主要栽培的26个水稻品种为材料，研究了镉胁迫(0.5mmol/L)对不同水稻品种种子萌发及根芽生长的影响。结果表明，镉胁迫对水稻种子的发芽率、发芽指数影响不显著，对种子活力指数及根芽生长具有显著影响;镉胁迫对根的抑制作用明显大于对芽的抑制。不同品种对镉胁迫的耐性存在较大差异（孟桂元，2015）。刘侯俊研究东北地区水稻生长、籽粒产量和Cd在水稻植株不同部位的分配规律。结果表明，土壤中添加Cd后，多数水稻籽粒产量和植株总生物量下降，只有少数品种籽粒产量和生物量有所上升。Cd在水稻植株中的含量遵循根系>茎叶>颖壳>籽粒的规律（刘侯俊，2011）。张锡洲比较水稻亲本材料的镉耐性差异,筛选镉低积累水稻种质资源,为水稻镉安全品种(Cd-safecultivars,CSCs)
重金属镉毒性作用机制研究报告进展
重金属镉的毒性作用机制研究进展 环境科学11级龙家寰 2018021256 摘要：近年来，随着工业三废排放和污水污泥农用的增多，土壤镉污染问题日益严重，而土壤中过量的镉会对作物产生毒害，尤其是在可食部分的残留将会通过食物链危害人类的健康。本文综述了镉的危害，归纳了影响镉在土壤中的生物毒性的主要因素, 如土壤性质、复合污染及植物种类等。 关键词：镉，生物毒性机制，土壤镉污染 Abstract:In recent years,cadmium pollution of soil is increasingly serious with the growing of three industrial wastes and sewage sludge agricultural use.However,excessive cadmium pollution of soil can poison the crops,especially residual in the edible parts.And humans may be endangered by the poisoned crops through food chain.The review has summarized the harm of cadmium and conclude the main factors of the biotoxicity of the cadmium in soil,e.g.soil property,soil combined pollution of other heavy metal and floristics. Keywords:Cadmium,biotoxicity,Cadmium pollution of soil 随着现代工业的迅猛发展，环境污染对人体健康的影响日益严重，有关环境有毒物质对机体的毒性作用及其机制的研究受到普遍关注。镉作为一种重要的工业、环境污染物，因其对环境水、空气和土壤的污染而在动植物体内蓄，最终导致对人类健康的危害。镉的环境污染问题自20世纪20年代就已伴随锌的生产开始出现，但直到1968年在日本的富山县神通川流域出现了痛痛病之后，有关镉污染及其生物毒性问题才真正引起全世界的关注。镉污染问题已受到世界各国高度重视，美国毒性管理委员会(ATSRD>已把镉列为第六位危害人体健康的有毒物质<杨劲松，2006），联合国环境规划署(DNFP>也把镉列入重点研究的环境污染物，世界卫生组织(WTO>则将其作为优先研究的食品污染物。 1.重金属镉 镉位于周期系第II B族，是一种灰色而有光泽的金属，原子量为112.41，密度为 8.642g/cm3,镉的熔点为321.03℃，沸点为765℃，有延性和展性，可弯曲。镉的化合价为2，常温下镉在空气中会迅速失去光泽，表面上生成棕色氧化镉，可防止镉进一步氧化。镉不溶于水，能溶于硝酸、醋酸，在稀盐酸和稀硫酸中缓慢溶解。镉盐大多数为无色, 但硫化物为黄色或橙色。镉(Cd>是生物毒性最强的重金属元素，在环境中的化学活性强，移动性大，毒性持久，容易通过食物链的富集作用危及人类健康，对人体具有三致( 致病、致癌、致突变>作用，能诱发肾衰变、关节炎、癌症等病 重金属对几种微生物的胁迫生理毒性研究 我们生活的世界是一个微生物世界，人类就生活在微生物海洋里，其中土壤和水体是微生物种类和数量比较多的两个生活环境，随着社会的进步，工农业的发展，各种生产和生活废弃物的排放，人类生活的环境受到各种废弃物的严重污染，这些污染给环境带来了严重的影响，同时也影响了环境中的各种生物，微生物也不例外，微生物以其独有的特征成为环境污染监测中一个重要指标，如水体中生物监测的对象就主要是细菌。 一般情况下，环境中重金属的存在会对动、植物和微生物造成一定的毒害作用, 但是各种生物对重金属的敏感性有很大的差别。微生物作为一类低等的单细胞的生物，外界环境对它作用具有均一性特征，更容易受到外界环境的影响，所以，微生物对各种污染物的敏感性是比较强的。很多研究表明，微生物在受到重金属胁迫后，往往会在区系组成、生理生化、遗传等方面对重金属作出响应，根据以上指标的变化特点，分析不同重金属在不同浓度梯度下对几类典型微生物造成的影响，为环境中重金属污染状况进行评价提供理论依据，并为环境重金属污染的生物修复提供理论指导。 外界环境中存在的微生物主要有三大类：细菌(根据革兰氏染色可分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌)、真菌和放线菌，它们在结构、组成、形态和大小等方面都有各自的特征: 革兰氏阳性菌：有细胞壁，构成的主要成分是肽聚糖，肽聚糖层较厚，细胞壁的其他成分是磷壁酸；细胞膜的构成与高等生物一样，成分是磷脂和蛋白质分子；细胞内有一核区，其成分有DNA、RNA和支架蛋白。 革兰氏阴性菌：与革兰氏阳性菌细胞壁的共有成分是肽聚糖，但是，革兰氏阴性菌肽聚糖层较薄，在其细胞壁外有有一层结构复杂的外膜，其主要成分是脂蛋白、脂多糖、孔蛋白等，其他结构成分与革兰氏阳性菌相同。 链霉菌：是放线菌中的一个大属，在土壤中分布广，种类多，属于原核微生物中的革兰氏阳性菌，结构为杆状或丝状。 酵母菌：是真核微生物中的一个大类群，它的特点是细胞中含有细胞核，细胞个体较大，细胞壁的成分多以几丁质为主。综上所述，环境中四类微生物在受到外源性重金属胁迫后，在生理生化、形态、生长、遗传等方面都会表现出不同的变化，这些变化可以为环境被外源性重金属污染后在微生物方面响应提供一定的参考，从一定程度上反映重金属对环境的污染程度。 目前，大多数的研究多集中于用一种重金属不同的浓度梯度在盆栽或实验室条件下对土壤典型微生物进行胁迫培养，通过测定土壤中微生物生物学指标、土壤酶活性及给所培养的植物带来的生理生化、基因等方面的变化，分析重金属对土壤典型微生物及植物的影响，而重金属对土壤中三类微生物群体水平上的影响及三类典型微生物对不同重金属的响应机理还少见报道。 本课题选择四种典型的微生物（革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酿酒酵母菌、链 一、影响重金属在土壤—植物体系中迁移的理化性质 （一）pH pH的大小显著影响土壤中重金属离子的存在形态和土壤对重金属的吸附量。由于土壤胶体一般带负电荷，而重金属在土壤中大多以阳离子形式存在，因此，一般来说，土壤pH越低，H+越多，重金属被解吸得越多，其活动性就越强，从而加大了土壤中重金属向生物体内迁移的数量。如pH=4时，土壤中镉的溶出率超过50%；当pH达到7.5时，镉就很难溶出；pH>7.5时，94%以上的水溶态镉进入土壤中，这时的镉主要以粘土矿物和氧化物结合态及残留态形式存在。 Cd(OH)2 = Cd2+ + 2OH- （Ksp = 2.0×10-14） [Cd2+][OH-]2 = 2.0×10-14 [Cd2+] = 2.0×10-14/ 1.0×10-14/ [H+]2 log[Cd2+] = 14.3–2pH 因此，[Cd2+] 随pH 值的升高而减少.反之，pH 值下降时土壤中重金属就溶解出来，这就是酸性土壤作物受害的原因。但对部分主要以阴离子状态存在的重金属来说，则正好相反。 （二）土壤质地 土壤质地影响着颗粒对重金属的吸附，一般来说，质地粘重的土壤对重金属的吸附能力强，降低了重金属的迁移转化能力。如小麦盆栽试验结果表明，随着土壤质地的改变，即从砂壤→轻壤→中壤→重壤→粘土，麦粒对汞的吸收率呈规律性减少。 （三）土壤的氧化还原电位 土壤的氧化还原电位影响重金属的存在形态，从而影响重金属化学行为，迁移能力及对生物的有效性。一般来说，在还原条件下，很多种金属易产生难溶的硫化物，而在氧化条件下，溶解态和交换态含量增加。但以阴离子状态存在的砷的情况正好相反。对某些重金属来说，在不同的氧化还原条件下，不同价态的化合物的溶解性和毒性显著不同。以镉为例，CdS是难溶物质，但在氧化条件下CdSO4的溶解度要大很多。而实验发现镉对水稻生长的抑制与镉的溶解度有关。 （四）土壤中有机质含量 土壤中有机质含量影响土粒对重金属的吸附能力和重金属的存在状态，有机质含量较高的土壤对重金属的吸附能力高于有机质低的土壤。研究表明，重金属各组分占全量比例一般与有机质含量的大小没有密切关系。如土壤剖面中，水溶性硒含量随剖面深度的增加而迅速降低，与有机质变化趋势一致。 二、镉(Cd)的土壤污染 地壳中镉的含量一般为0．18 mg／kg，土壤背景值大体为0．06～0．7 mg／kg。我国未污染的土壤含镉量一般低于1 mg／kg，某些污染地区土壤含镉量可达10 mg／kg。 农业土壤中镉污染的来源主要是含镉污水灌溉、含镉污泥的施用以及大气中含镉飘 尘的沉降。 土壤中镉的迁移转化，受pH、Eh、CEC、有机质的含量和黏土类型的影响。 自噬现象的观测 高玲1,2*，张卫娜2,4*，陈文利2,3 1.青岛农业大学生命科学学院，山东青岛266109； 2.华南师范大学激光生命科学教育部重点实验室，广州510631； 3.华南师范大学生命科学学院，广东省植物发育生物工程重点实验室，广州510631； 4.广东省农业科学院，广州510640 收稿日期：2011-03-23；接受日期：2011-04-29 基金项目：教育部长江学者和创新团队发展计划项目(IRT0829)，广东省科技攻关项目(2007A020300008-6)， 华南师范大学激光生命科学教育部重点实验室开放课题基金项目 通讯作者：陈文利，电话：(020)85211436-8512，E-mail ：chenwl@https://www.wendangku.net/doc/6a9679257.html, *并列第一作者 摘要：镉离子(Cd 2+)具有强植物毒性，可抑制植物生长，甚至导致植物死亡。为了研究重金属镉 对拟南芥的毒害作用，采用叶绿素荧光技术、流式细胞技术、激光共聚焦技术及半定量RT-PCR 技术，检测光合参数的变化、活性氧(reactive oxygen species ，ROS)的累积、自噬的发生，以及 病原相关蛋白（pathogenesis-related protein ，PR ）基因表达的变化。实验结果显示，随着 50μmol/L CdCl 2处理时间的延长，ROS 和Cd 2+在细胞中大量积累。而在镉胁迫的初期，会观察 到自噬的发生及PR 基因表达的变化。说明植物受到外界Cd 2+作用的初期，会通过自噬及增强 PR 基因表达来抵抗外界胁迫。但随着处理时间的延长，植物细胞内累积了大量的ROS 和Cd 2+， 当植物不足以通过自噬途径抵抗胁迫时，就会导致生长受阻，最终对光合系统造成损伤。 关键词：镉；活性氧；自噬；叶绿素荧光；流式细胞技术 中图分类号：Q945，Q947 DOI ：10.3724/SP.J.1260.2011.00676 引言 近年来，工业、矿业生产中产生的大量重金属被释放到环境中，镉(Cd )即是其中之 一。大量研究表明，镉是环境中的主要重金属污染源，是对植物毒性最强的元素之一。镉 毒害同其它逆境一样，主要伤害机制之一是影响植物体内活性氧(reactive oxygen species ， ROS )和自由基的代谢平衡，引起ROS 和自由基的积累，产生膜脂过氧化作用，导致植物 的中毒甚至死亡[1]。植物体内的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase ，SOD )和过氧化氧 酶(catalase ，CAT )等保护酶对ROS 及自由基的清除能力，是决定其逆境抗性的重要因素 之一[2]。镉胁迫成为各种生物面临的一种新挑战。植物和藻类细胞虽然可以耐受一定量的镉 胁迫[3]，但过量的镉会直接或间接地抑制植物体的生理过程，如呼吸作用、光合作用和氮代 生物物理学报2011年8月第27卷第8期:ACTA BIOPHYSICA SINICA Vol.27No.8Aug.2011:676-686 676-686 676 与普通植物相比，学术界认为，超富集植物一般应具备4个基本特征：首先，临界含量特征，即植物地上部如茎或叶重金属含量应达到一定的临界含量标准，如锌、锰为10 000毫克/千克；铅、铜、镍、钴、砷均为1 000毫克/千克；镉为100毫克/千克；金为1毫克/千克。其次，转移特征，即植物地上部重金属含量大于根部重金属含量。第三，耐性特征，即植物对重金属具有较强的耐性。其中对于人为控制试验条件下的植物来说，是指试验中与对照相比，植物茎、叶、籽、实等地上部分的干重没有下降。对于在自然污染状态下生长的植物来说，是指植物的生长从长相来看没有表现出明显的毒害症状。第四，富集系数特征，即植物地上部富集系数（定义：指某种元素或化合物在生物体内的浓度与其在的环境中的浓度的比值）大于1。一般来讲，植物体内重金属含量随土壤中含量的增加而提高。 世界上已发现超富集或具有超富集性质的植物多达几百种，涉及十字花科、凤尾蕨科、菊科、景天科、商陆科、堇菜科、禾本科、豆科、大戟科等。在我国，科研人员已经发现了蜈蚣草、东南景天、龙葵、宝山堇菜、商陆、圆锥南芥、李氏禾等砷、锌、镉、锰、铅、铬等超富集植物， 转移系数（translocation factor）是地上部元素的含量与地下部同种元素含量的比值，即：转运系数﹦地上部植物中元素含量／地下部植物中元素含量。用来评价植物将重金属从地下向地上的运输和富集能力。转移系数越大，则重金属从根系向地上器官转运能力越强 。 滇白前 调查，表明其地上部中含Zn、Pb 和Cd 平均为（11 043±3 537）、（1 546±1 044）和（391±196）mg·kg -1 ，富集系数（地上部和土壤金属质量分数之比）分别为0.35、0.08 和1.05，转运系数（地上部和根中金属质量分数之比）均超过1，均值分别为8.21、3.90 和8.36。野外调查数据表明，滇白前是一种Pb/Zn/Cd 共超富集植物。滇白前对Zn、Pb 富集系数小于1，主要是由于其对应土壤中Zn、Pb 质量分数太高（平均分别为（45 778±32 819）、（22 512±13 613）mg·kg -1 ）所致。 李氏禾 李氏禾(Leersia Hexandra Swartz)是中国境内发现的第一种铬超富集植物.通过水培实验,评价了李氏禾对水中Cr、Cu、Ni的去除潜力.结果表明,李氏禾能够有效去除水体中的Cr、Cu、Ni污染物,重金属初始浓度分别为10和20 mg·L-1的营养液,10 d后Cr浓度降低到原子吸收分光光度法检出限以下,10 d后Cu浓度降低到1.02 mg·L-1和1.25 mg·L-1,20 d后Ni浓度降低到1.10和2.14mg·L-1.收获的植物根、茎、叶中重金属含量均较高,根中重金属含量显著高于茎、叶.单株生物量的比较结果表明,含Cr培养液中生长的李氏禾生物量与对照相比无显著减少(P>0.05),含Cu、Ni营养液中生长的李氏禾生物量均显著低于对照(P<0.05),表明李氏禾对Cr的耐性强于Cu和Ni.李氏禾适宜于湿生环境中生长,能对多种重金属产生大量富集,对Cr、Cu、Ni等重金属污染水体的修复表现出较强的潜力. 宝山堇菜 土壤重金属污染的植物修复研究现状与发展前景①2007-05-27 17:08 土壤重金属污染的植物修复研究现状与发展前景①作者】桑爱云。张黎明。曹启民。夏炜林。王华。【英文作者】 SANG Aiyun1） ZHANG Liming1） CAO Qimin1） XIA Weilin1） WANG Hua2）<1 Tropical Crops Genetic Resources Institute。CATAS。Danzhou。Hainan。 2 College of Agronomy。SCUTA。Hainan 571737）。【作者单位】中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所。华南热带农业大学农学院。海南儋州。【刊名】热带农业科学 , Chinese Journal of Tropical Agriculture, 编辑部邮箱2006年01期 桑爱云1>② 张黎明1> 曹启民1> 夏炜林1> 王华2> (1 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南儋州571737。 2 华南热带农业大学农学院海南儋州571737> 摘要重金属污染是土壤污染中危害极大的一类, 重金属污染的防治及其修复是目前国际上研究的热点之一。综述了土壤重金属污染及其植物修复的方法, 概述了超富集植物的概念、植物修复的机制和方式, 系统阐述植物修复的应用前景和今后的研究方向。关键词重金属污染。植物修复。超富集植物分类号X5 3 Resear ch Advances and Development Prospect of Phytor emediation in Heavy Metal Contamination Soil SANG Aiyun1> ZHANG Liming1> CAO Qimin1> XIA Weilin1> WANG Hua2> (1 Tropical Crops Genetic Resources Institute, CATAS, Danzhou, Hainan 571737。 2 College of Agronomy, SCUTA, Danzhou, Hainan 571737> Abstr act Heavy metal contamination is extremely harmful in soil contamination. It is one of the research priorities in the world to control and remedy heavy metal contamination. Heavy metal contamination in soil and its phytoremediation are reviewed in this paper. At the same time, the definition of hyper-accumulated plants and the mechanism and measures of phytoremediation are described in detail. The perspectives in research and application of phytoremediation were expounded systematically. Keywords heavy metal contamination 。phytoremediation 。hyper-accumulator 热带农业科学CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE 2006 年 2 月第26 卷第 1 期Feb. 2006 Vol.26, No.1 ① 科技基础性工作和社会公益研究专项( 2004DI B3J073> 资助。 镉不是人体必需元素 伤害骨骼，导致免疫力下降 “由于镉不是人体必需的元素，镉过量人体会出现很多不良症状。”据朱高红主任介绍，通常镉中毒，人体会出现咽喉干痛、干咳、胸闷、呼吸困难、口内有金属味、头晕、全身乏力、关节酸痛、寒颤发热，严重者出现支气管肺炎、蛋白尿等。如长期接触，会导致肺水肿、肾损害；有致癌、致畸、致突变的可能性。 朱主任说：“镉确实会影响人的骨骼，导致骨软化、骨质疏松，影响人体的生长、发育，导致免疫力下降。”镉的危害，还不仅仅限于骨痛病，它还会导致细胞损伤和退行性变，促使动脉粥样硬化、高血压、冠心病、糖尿病的发生，肝组织坏死、干燥性鼻炎，萎缩性鼻炎。如果损害到中枢神经系统，还有可能出现脑损害，脑神经发育不良，记忆力下降，弱智等情况。因此，镉污染不容小视。 不偏食能获取人体需要元素 对抗镉吃含锌、铁、钙食物 金属元素在人体生命活动中虽然非常重要，但摄入过多反而会对人体产生危害。只要在日常生活中注意合理调节饮食结构，不偏食，就可以获得满足正常人体需要的金属元素。” 相信很多人对于人体金属元素的摄入，仅限于钙、铁、锌这几大类。“其实，人体正常需要吸收的金属元素还有很多，它们包括了镁、铜、硒、钠、钾、磷、铬、钴、锰、钼、碘、氟。” 朱主任介绍说：“比如镁元素就很重要。”缺镁会导致人体虚弱、精神错乱、高血压、抽搐、痉挛、心律不齐等问题，而坚果、豆类、谷类、海鲜、深色蔬菜、巧克力等都属于含镁较高的食物。 朱主任还表示：“平时可以多喝牛奶，多吃新鲜蔬菜水果。”慢性镉中毒会引起肾脏受损，因此膳食中应增加钙和磷酸盐的摄入，供给充足的锌和蛋白质。 【建议】多吃含锌、铁、钙丰富的食物可以对抗镉。 维生素C有利于排出重金属 绿叶蔬菜、高纤维食物要多吃 随着人类社会的发展，水、空气、土壤遭受的污染越来越严重，“大家只有多注意一些生活细节，才能避免遭受危害，”朱主任说。例如：尽量避开车多的马路和有烟雾的环境；做菜时，尽量去掉蔬菜最外层的叶子等。多吃含有有益矿物质的食物，比如坚果，能阻碍人体对有害重金属的吸收；多吃纤维含量高的食物，如燕麦、芹菜等，可以吸附重金属，减少其在体内的吸收度。 【建议】还需多吃绿叶蔬菜，这些绿叶蔬菜中含有大量的维生素C，能促进重金属的排出。 Bioprocess生物过程, 2014, 4, 61-66 Published Online December 2014 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/6a9679257.html,/journal/bp https://www.wendangku.net/doc/6a9679257.html,/10.12677/bp.2014.44008 Phytoremediation Technology of Cadmium Pollution Yanqi Li, Dongming Guan*, Luxia Chen, Bo Yan, Shengnan Xie, Zheng Li School of Chemical & Environmental Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing Email: *gdm321@https://www.wendangku.net/doc/6a9679257.html,, 974223881@https://www.wendangku.net/doc/6a9679257.html, Received: Oct. 8th, 2014; revised: Oct. 21st, 2014; accepted: Nov. 7th, 2014 Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/6a9679257.html,/licenses/by/4.0/ Abstract With the rapid development of economy, the cumulative environmental dyeing phenomenon has gradually revealed. In recent years, the serious soil pollution condition can also be compared with water pollution and air pollution. In the diversity of soil remediation technology, phytoremediation technology gradually showed its excellent place. This article simply introduced the overview of the phytoremediation of soil cadmium pollution, reviewed the cadmium enrichment plants with obvious effect in recent years, and made a prospect to the development of phytoremediation technology. Keywords Phytoremediation Technology, Cadmium Pollution, Cadmium Enrichment Plants, Research Progress 镉污染植物修复技术 李彦奇，关东明*，陈陆霞，燕波，谢胜男，李铮 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 Email: *gdm321@https://www.wendangku.net/doc/6a9679257.html,, 974223881@https://www.wendangku.net/doc/6a9679257.html, 收稿日期：2014年10月8日；修回日期：2014年10月21日；录用日期：2014年11月7日 摘要 随着我国经济的飞速发展，累积的环境污染现象已逐步显露。近几年来，土壤污染状况的日益严重也可*通讯作者。 重金属污染可引起的疾病 定义： 含有汞、镉、铬、铅及砷等生物毒性显著的重金属元素及其化合物对环境的污染。 重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，并导致环境质量恶化。2011年4月初，我国首个“十二五”专项规划——《重金属污染综合防治“十二五”规划》获得国务院正式批复，防治规划力求控制5种重金属。 重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。如日本的水俣病是由汞污染污染所引起。其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。重金属污染主要表现在水污染中，还有一部分是在大气和固体废物中。 主要特点 重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。目前我国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。水体中金属有利或有害不仅取决于金属的种类、理化性质，而且还取决于金属的浓度及存在的价态和形态，即使有益的金属元素浓度超过某一数值也会有剧烈的毒性，使动植物中毒，甚至死亡。金属有机化合物(如有机汞、有机铅、有机砷、有机锡等)比相应的金属无机化合物毒性要强得多；可溶态的金属又比颗粒态金属的毒性要大；六价铬比三价铬毒性要大等等。 重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害，例如，日本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染，等公害病，都是由重金属污染引起的。 藻类对重金属胁迫的生理响应与解毒机制 作者：黄鹤忠，学号：D05032，导师：梁建生 摘要：重金属是一类具有潜在危害的重要污染物，越来越多的重金属被排入水体，对水生生态环境构成严重威胁。藻类在长期响应重金属胁迫过程中，建立起一系列的适应机制。藻类通过控制重金属的吸收、富集、转运与解毒，使不同细胞组分中的重金属维持在正常浓度范围内。这些保护机制主要包括：藻细胞的某些胞外组分与重金属结合，从而减少重金属进入胞内；在重金属诱导下藻细胞可合成金属结合蛋白或多肽；重金属诱导藻细胞合成一些代谢物使其免受伤害或修复由重金属胁迫造成的损伤；藻细胞通过液泡区窒化作用使重金属远离代谢；藻细胞对重金属具有排斥与排出作用。 关键词：藻类，重金属，生理响应，解毒，机制 MECHANISMS FOR PHYSICAL RESPONSES AND DETOXIFICATION TO HEAVY METAL STRESS IN ALGAE Abstract: With the development of industry and agriculture, more and more heavy metals ale released into water bodies. Today, many heavy metals constitute a global environmental hazard. Heavy metals such as, copper, zinc and nickel are essential for many physiological processes yet can be toxic at higher levels. Other metals such as cadmium and lead are nonessential and potentially highly toxic. Algae possess a range of potential cellular mechanisms that may be involved in the detoxification of heavy metals and thus tolerance to metal stress. These include roles for tol1 follow in: for sequesteration of metals on extracellular components that reduce metal bioavailability; for chelation of metals in the cytosol by peptides and proteins; for sequestration of metals in polyphosphate bodies; for increasing the efflux or exclusion of metals; for producing stress proteins such as heat shock proteins that repair the stress damaged proteins; in addition, some heavy metals cause oxidative stress in algae, with the result that metal toxicity can be altered by synthesis of appropriate enzymes or metabolites counteracting metal- induced oxidative stress.In recent years，some attempts to engineer the production of metallothioneins(MTs) and phytochelatins(PCs) in algae to increase meta1 toleratice and/or accumulation have been reported. To date, however, it is mainly the model plant species that have been genetically engineered. The concept of phytoremediation of heavy metal contaminated water has been increasingly supported by research. Thus, studies on tolerance and detoxification mechanism of heavy metal in algae have numerous ecological and public health implications. Keywords：Algae, heavy metals, physical responses, detoxification, mechanisms 1 水体重金属污染的现状 随着城市化进程的加快和工农业的迅猛发展，大量未经处理的城市垃圾、污染的土壤、工业和生活污水，以及大气沉降物不断排入水中，使水体悬浮物和沉积物中的重金属含量急剧升高。虽然河流和海域的沉降物对排入水中的金属类污染物有强烈的吸附作用，但是当水体pH值、Eh(氧化还原电位)等环境条件发生变化时，吸附的污染物又会释放出来，导致水环境重金属的进一步污染[1]。据 农业环境科学学报2005,24(增刊):330-335 J ournal of A gro-Env iron m ent Science 重金属超富集植物筛选研究进展 常青山,马祥庆 (福建农林大学林学院,福建 福州 350002) 摘要:综述超富集植物富集重金属的机制、重金属超富集植物筛选研究现状以及螯合诱导技术和基因技术在重金属超富集植物筛选中的应用,针对重金属污染植物修复技术和重金属超富集植物筛选研究中存在的问题,提出了今后应加强的研究工作。 关键词:重金属污染;植物修复技术;超富集植物;螯合诱导技术;基因技术 中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:1672-2043(2005)增刊-0330-06 Advances i n t he R esearch of Selecting Hyperaccum ulator C HANG Q i ng-shan,MA X i ang-q i ng (Co llege of Forestry,F uji an A g ricu lt ure and F orestry U niversity,Fuzhou350002,Ch i na) Abstrac t:H eavy m eta l po lluti on has become a ser i ous prob le m wh ich is urgent to be so l ved in the w orld.Phytore m ediati on m ay offer a feasi b l e so l uti on to t h is prob l e m as it is safe and cheap co m pa red to traditi onal rem ed i ation techno logy.H ow ever, there are diffi culties i n extensi on of t h is techn i que for its disadvantage such as a lo w bio m ass producti on and so on.So it i s ur-gent t o look for t he suitable hyperaccumu l ato rs w it h h i gh b i omass i n t he field.I mprove m ent o f plants by genetic eng i neer i ng and app licati on o f che l a t o rs to so il a re also feas i ble and effecti ve approach to i ncrease e fficiency o f phy t o rem ed i ation.T he concept o f phy t o rem ed i ation and hype raccu mu l a t o r,the research advances in mechan i s m s of hyperaccu m l a tor,se l ec ti on o f hyperaccu m ula-tors,g ene techn i que and che l a te-enhanced phytore m diati on f o r hype raccumu l a t o rs selecti on are rev i ew ed.T he prob l ems and the fut ure study directi ons in the phyto remed i ation research field are put f o r w ard.In order to enhance bio m ass and accu m ulati on capacity o f hype raccu mu l a tor,it becom esm ore i m portant to i m prove the e ffect o f phy tore m ed iati on si nce so m e hyperaccu m ula-tors grow i ng slo w l y.G ene techno l ogy m ay br i ng the breakthrough for phyto re m ediation technique,som e adv ises on g ene tech-nology i n the future a re suggested i n th i s pape r. K eywords:heavy m etals po ll u ti on;phytore m ediati on;hyperaccu m ulator;che l ate-induced phyto remed i ation;g ene techno l ogy 0重金属污染由于其难降解性、易于积累且滞留时间长等特点而成为环境污染治理中的一个棘手难题,而且重金属污染可通过食物链危害人类健康,日本的水俣病(H g中毒)和骨痛病(Cd中毒)即是典型例证。目前基于机械物理或物理化学原理的传统重金属污染治理方法如土壤冲洗、热处理及电动修复等因成本高、效率低,而且会破坏土壤结构、导致 二次污染 等原因,难以大面积应用。 收稿日期:2005-02-04 基金项目:福建省科技厅重大科学基金资助项目(2003I004) 作者简介:常青山(1979 ),男,河南林州人,硕士,主要从事重金属污染修复方面的研究。 联系人:马庆祥,E-m a il:m xq@pub li c.fz. f.j cn 在这种背景下,对环境扰动少、成本低且能大面积推广应用的重金属污染植物修复技术应运而生。目前国内外众多学者对重金属污染植物修复技术进行了大量研究,特别是对重金属的超富集植物筛选及其富集机理进行了较深入研究。本文分别从植物修复技术的概念、重金属超富集植物的特征及其富集机制、螯合诱导技术和基因技术在重金属超富集植物筛选中的应用等方面综述了国内外的研究进展,并在此基础上归纳了当前研究中存在的问题,展望了今后发展趋势。 1重金属污染植物修复技术的概念 广义的植物修复技术包括利用植物修复土壤、空 重金属镉对环境的污染与治理 安静 （辽宁省大石桥市环境保护监测站） 镉是一种淡蓝而具有银白色光泽的金属，熔点321°C，沸点767°C，质软耐磨，抗腐蚀。镉在潮湿的空气中会缓慢氧化，加热易挥发，其蒸汽可与空气中的氧结合成氧化镉。在高温下，能与卤素直接反映，生成卤化物；但不能直接与氢、氮、碳反应。镉易与多数重金属形成合金。镉不溶于碱，但溶于硝酸、热盐酸和热硫酸而形成相应的盐。金属镉本身无毒，但其蒸汽有毒，化合物中以镉的氧化物毒性最大，而且属于累积性的。 在自然环境中，镉有时以正一价，主要以正二价形式存在，镉的化合物最常见的有氧化镉、硫化镉、卤化镉、氢氧化镉、硝酸镉、硫酸镉、碳酸镉。其中硝酸镉、卤化镉（除氟化镉外）、硫酸镉均溶于水。氢氧化镉[Cd（OH）2]与氢氧化锌不同，它不溶于碱，表明它是酸性化合物，非两性化合物。 镉在环境中存在的形态很多，大致可分为水溶性镉、吸附性镉和难溶性镉。镉在水中可以简单离子或络离子而溶于水，在岩石风化成土过程中，镉易以硫酸盐和氯化物形式存在于土壤溶液中，然而水中的镉离子在天然水的pH范围内都可以发生逐级水解而生成羟基络合物与氢氧化物沉淀。同时在水淹条件下，土壤中，硫酸根可被还原成二价硫离子，镉易成硫化镉形式存在。上述过程中镉是由可溶态转化为难溶态。 一、镉对环境的污染 工业生产上的镉释放到环境中的主要途径是：采矿、冶炼、燃煤、镀镉工业、化学工业、肥料制造、废物焚化处理、尾矿堆、冶炼厂废渣、垃圾堆的冲刷和溶解。 化学工业生产中用镉及其化合物作原料也造成镉污染。利用硫酸镉作原料生产塑料热稳定剂时，为了提高产率需要加入过量的硫酸镉，这就使得废母液中的镉含量较高，如东北某塑料助剂厂废水含镉量达（500~700）×10-6，年排量达10吨左右；以黄铁矿生产硫酸的工厂也引起镉的污染，华北某硫酸厂用的黄铁矿含镉1.94×10-6，废水含镉0.12×10-6；以金属为原料生产碳酸镉催化剂，其生产过程产生镉粉尘、氧化镉烟雾、含镉废水等污染。 镍镉电池的生产也造成镉污染。氧化镉的生产、极板制造等的冲洗水含镉浓度为（0.5~2.0）×10-6，废碱液含镉（10~ 50）×10-6，其中有50%左右为可溶性镉。 用来制造硫酸和化肥的某些矿石，也是镉污染的一个重要来源。据测定，有的硫酸厂所用的黄铜尾矿含镉17.19×10-6，磷肥厂所用的硫铁矿含镉1.94×10-6，磷矿含镉也在（0.07~0.14）×10-6。由于磷肥使用的量多而广，所以土壤和食品中由施肥带来的镉，其数量是不可忽视的。 镉对土壤污染的途径有两个，一是工业废气中的镉扩散沉降累积于土壤之中，二是用含镉工业废水灌溉农田，使土壤受到严重污染。日本受镉污染的农田有472125亩，占重金属污染总面积的82%，主要是由于重金属开采和冶炼排放废水造成的。日本富山冶炼厂排出的含镉废水和废气污染了附近农田，使稻田土壤含镉量达7.1×10-6，在这种土壤上生产的稻米含镉量达1.3×10-6，该地居民长期使用这种含镉米，便会发生骨痛病，据不完全统计，我国目前遭受镉污染的农田已有18万亩。出现“镉米”的地区有沈阳张士灌区、上海沙川灌区以及广东的广州、韶关、广西的阳朔、湖南的衡阳、江西的赣洲、大余等11处。 二、镉污染的防治 消除镉对环境的污染必须采取综合防治的多种途径，包括工艺改革、含镉废物处理等措施。 1.粉尘处理 一般用吸尘罩或通风管进行集尘。集尘装置分为干式和湿式。干式法对捕集后粉尘的回收利用是有利的，但必须防止捕集后粉尘的重新分散。湿式法对处理亲水性或水溶性粉尘有利，但要对转入介质溶液中的镉进行处理，然后排放。 2.废水处理 （1）固液分离法 废水中镉离子多与其他金属化合物或有机物共存，而且是以固体或离子的形态存在。因此可采取加入碳酸钠、氢氧化钠、石灰和硫化钠的方法将镉分离。含镉废水经化学沉淀处理后，镉从离子态转变为难溶性化合物，于是从水中转入污泥中，应注意沉淀污泥的无害化处理。 （2）浮上分离法 处理较低浓度的含镉废水，采用浮上分离法有利。属于这种方法的有离子浮选、沉淀浮选、吸附离子浮选等。 离子浮选。在含镉废水中加入一种与待去离子具有相反电荷的表明活性剂，使其成水溶性或不溶性络合物而附在气泡上上浮，并以泡沫和浮渣分别加以回收。目前广泛应用的镉离子浮选剂是黄药（黄原酸盐），属于矿石浮选剂。 沉淀浮选。将含镉废水中镉与锌转变成硫化物沉淀，再投加捕集剂十八烷胺醋酸酯，采用气泡上浮的方法分离。对含镉5×10-6、锌10×10-6的废水能够达到99%以上的去除率。 吸附离子浮选。使镉离子在膨润土等粒子表面吸附或交换吸附后，投加捕集剂，通气使其上浮分离除镉。 （3）铁氧体法 铁氧体法是处理含镉废水的新方法。此处理方法，首先在含镉废水中投加适当的硫酸亚铁，然后加碱中和，通气生成铁氧体。 三、结论 1.镉的用途很广，尤其镉在高科技领域如半导体、原子反应堆、航空、航海等方面广泛应用。 2.镉在工业生产中释放到环境中的主要途径是：采矿、冶炼、燃煤、镀镉工业、化肥生产、废物的焚化处理、尾矿堆、冶炼厂废渣等。因此，必须在这些生产环节中注意加强环境保护与污染防治措施。 （3）镉污染会对人体健康造成极大危害；对镉生产中排放的废水一定要搞好处理，必须达标排放，在遭到污染的农田，出现“镉米”现象，必须禁止食用。 —— —— —— —— —— — 参考文献： [1]金相灿.沉积物与污染化学[M].北京：中国环境科学出版社，1992. [2]吕殿录.环境污染化学[M].北京：当代中国出版社，2001. 生态建设 Shengtaijianshe 89重金属对几种微生物的胁迫生理毒性研究报告
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