植物修复的生物学机制

随着现代化工业的发展,全球向土壤和环境中排放的重金属逐年增加。重金属污染已日益成为威胁人类健康和影响人类生活质量的严重环境问题和社会问题。这一问题可部分通过植物修复技术得以解决。植物修复技术是依据植物从环境中积累重金属元素和化合物的能力及其将这些有毒物质在植物体内代谢成无毒生物小分子的能力而建立的新的生物技术。本篇综述主要论及利用植物修复技术解决重金属污染的生物学机制。     

植物修复的生物学机制

随着现代化工业的发展,全球向土壤和环境中排放的重金属逐年增加。重金属污染已日益成为威胁人类健康和影响人类生活质量的严重环境问题和社会问题。这一问题可部分通过植物修复技术得以解决。植物修复技术是依据植物从环境中积累重金属元素和化合物的能力及其将这些有毒物质在植物体内代谢成无毒生物小分子的能力而建立的新的生物技术。本篇综述主要论及利用植物修复技术解决重金属污染的生物学机制。     

孙国新博士研究团队介绍

正孙国新博士团队长期从事土壤-植物系统重金属(微量元素)迁移转化研究,特别是在元素形态转化的表征、微生物驱动的转化机制及其重金属污染土壤的修复等领域具有良好的科学积累。围绕硒的生物地球化学,本团队主要开展植物硒积累机制和土壤硒挥发的时空特征     

重金属污染土壤中生物间相互作用及其协同修复应用

土壤是人类赖以生存的物质基础。我国土壤重金属污染状况不容乐观,给人类健康构成严重威胁。生物修复重金属污染土壤被广泛认为是可持续的修复技术,但当前仍存在修复效率不高的科学瓶颈问题。土壤中生活着丰富的微生物、植物和动物,且这些生物之间存在着复杂的相互作用,并且通过物质循环和能量传递形成了错综复杂的食物网联系。土壤生物间的相互作用能深刻影响土壤中污染物的迁移转化和生物修复的效率,多元生物协同的修复技术集合了单一生物修复方法的优势,具有强化生物修复效果的巨大潜力。文中综述了土壤中微生物-植物-动物之间的相互作用,及其对土壤重金属迁移转化和生物修复效果的影响,并对定向调控土壤食物网结构、提高重金属污染土壤的生物修复效果、建立基于食物网的多元生物协同修复技术进行了展望。     

生物炭对污染物的土壤环境行为影响研究进展

近年来,生物炭已成为农业、生态修复和环境保护领域的研究热点。一般认为,生物炭具有改善土壤质量、增加土壤碳汇、减少大气CO2浓度以及修复污染环境等功能。大量的生物炭施用到土壤后会改变土壤性质,影响重金属和有机污染物在土壤中的环境行为以及它们在环境中的归趋。本文就生物炭对土壤中重金属的吸附-解吸、在土壤中的形态转化、在土壤-植物系统中迁移行为、对有机污染物的吸附挥发及生物有效性进行了概述;在此基础上,扼要分析了当前生物炭应用存在的环境风险等问题,并从生物炭在土壤中的迁移转化及其归趋、生物炭的长期环境效应以及生物炭应用方向等方面进行了展望。     

合成生物学改造微生物及生物被膜用于重金属污染检测与修复

随着工业化进程不断加快,重金属污染日益加剧,尤其是水体的重金属污染,已严重威胁人类健康,迫切需要进行有效的污染修复。相比传统物理和化学修复,生物修复具有绿色环保和可持续性的特点。因为微生物生长繁殖迅速、生物被膜具有动态可调节和环境适应性好等特点,使其能更好耐受胁迫环境,在环境修复中有重要作用。合成生物学改造微生物及生物被膜用于环境污染生物修复近年兴起,成为未来重要的发展方向。主要概述了重金属污染的微生物修复机理和方法,结合可编程微生物被膜的最新研究成果,重点介绍了合成生物学改造微生物及生物被膜的分类与功能应用,以及在重金属铅、汞和镉等污染修复中的研究进展,讨论了重金属污染生物修复的发展方向。     

重金属污染生态学研究现状与展望

重金属污染生态学的研究迄今已有近 5 0 a的历史 ,在土壤重金属元素背景值和环境标准的制定、重金属在环境中的迁移转化、重金属污染治理、元素分析测定方法和规范、对生物体的毒性及生物体的响应等方面取得了很多研究成果 ,出版了很多专著。在对重金属污染生态学研究进行简要回顾的基础上 ,以重金属在生物体内的行为特征 (吸收、迁移、富集、毒害、解毒和抗性等 )为主线 ,从微观和宏观水平 ,系统综述了目前该领域的研究现状 ,分析了尚存在的一些问题 ,最后从生物对重金属污染适应的分子机理、治理方法和技术的创新性、复合污染下环境标准制定的科学化以及重金属污染条件下全球生物进化的趋势预测等方面作了研究展望     

植物修复重金属污染及内生细菌效应

土壤和水体的重金属污染已严重危害人类生存环境与健康。由于受重金属污染的环境分布广泛,迫切需要开发经济的清除环境重金属的技术。植物修复是通过绿色植物降解或移除环境污染物,有望成为重金属污染环境的原位修复技术。植物内生菌是指定殖于健康植物的各种组织和器官内部的细菌,被感染的宿主植物不表现出外在病症,耐重金属的内生菌在多种超富集植物中存在。在植物修复过程中,野生型内生菌或基因工程内生菌的抗性系统能降低重金属植物毒性,促进其迁移金属。耐重金属内生菌还可以通过固氮、溶解矿物元素及产生类植物激素、铁载体和ACC脱氨酶等产物促进植物的生长。主要综述目前植物-内生菌相互作用及其潜在的促进植物修复重金属污染的研究进展。     

极地大气汞亏损研究进展

汞是唯一以气态单质形态随大气循环参与全球迁移的重金属元素,大气汞的长距离传输是汞的生物地球化学循环的重要特性之一,对全球汞循环有着重要的影响.由于汞的全球传输与沉降,汞在极地的污染不容忽视.科学工作者分别于1995年、2000年在北极和南极地区发现了大气汞亏损现象,并提出了对大气汞迁移转化的新认识,促进了对特殊气候、环境下汞在大气中的形态转化及其对陆地生态系统的影响研究.目前对极地大气汞亏损过程及其影响了解仍不够深入.本文从极地大气汞的分布、大气汞亏损的发生机制、沉降汞的归趋以及生物响应等综述了近年来对极地大气汞亏损的研究工作,并对极地大气汞亏损今后的研究方向作了展望,为特殊气候环境下大气汞的迁移转化机理研究提供借鉴.     

生物耐铜的分子机理及铜污染环境的生物联合修复

铜是动植物和人类必需的微量元素,缺乏或过多都将产生不良影响。随着社会经济的发展,人类活动对环境的干扰日益加剧,工业和农业生产活动常可导致土壤铜污染,铜已成为土壤重金属污染的主要元素之一。总结了铜在植物体内的自发内稳态调节机制,在细菌和真菌体内的吸收、分布、解毒和调节因子,同时以蚯蚓为例简要阐述了土壤动物对铜的解毒机理;从分子生物学角度对重金属铜在生物体内的代谢机理及生物对环境中过量铜的联合修复研究进展进行了综述,以期为铜污染环境的植物、微生物和动物联合修复的分子机理研究提供借鉴。     

中国土壤重金属污染修复研究展望

文章通过对土壤重金属污染相关文献进行研究分析,从我国土壤重金属污染的现状、修复技术应用和研究前景等方面进行了系统综述,重点分析了我国土壤重金属污染修复技术的应用和研究前景。超富集植物修复是一种新兴的绿色生物技术,成本较低,易操作,是土壤污染治理的环境友好技术。微生物修复具有成本低、无二次污染、对环境影响小、效率高等特点,可在一定程度上带来经济效益和生态效益,是一种理想的绿色修复方法。并指出筛选和培育生物量大、适应性强、富集能力强、易栽培且具经济效益的超富集植物、利用大型真菌吸收和富集土壤重金属、组合运用多种修复技术、结合应用分子生物学技术和基因工程技术和加强土壤重金属污染修复效果的评价将是今后研究的重点和热点。     

磷酸盐修复重金属污染土壤的研究进展

从研究方法、反应机理以及风险评价等方面综述了磷酸盐修复重金属污染土壤的研究进展,分析和讨论了其中存在的问题和不足,提出了今后加强研究的重点。目前磷酸盐修复重金属污染土壤时,使用的主要研究方法有化学形态提取法、化学平衡形态模型法和光谱及显微镜技术,各个方法都有其优缺点,应该结合使用并探索新方法。磷酸盐稳定重金属的作用机理主要有3个:磷酸盐诱导重金属吸附、磷酸盐和重金属生成沉淀或矿物和磷酸盐表面吸附重金属,但磷酸盐与重金属反应的机理十分复杂,人们尚不完全清楚,因此难以有效区分和评价诱导吸附机理和沉淀机理或其它固定机理,相应地对磷酸盐修复重金属的长期稳定性难以预测。磷酸盐修复重金属污染土壤时由于其较高的施用量可能会造成磷的积聚从而引发一些环境风险,如磷淋失造成水体富营养化,营养失衡造成作物必需的中量和微量元素缺乏以及土壤酸化等。所以应该谨慎选择磷肥种类和用量,最好是水溶性磷肥和难溶性磷肥配合、磷肥与石灰物质等配合施用。今后应着重研究磷酸盐与重金属相互作用的机理区分和评价;关注磷酸盐修复重金属污染土壤时存在的潜在风险,特别是加强植物长期不断吸收磷或其它环境条件变化致使土壤磷素持续减少过程中稳定的重金属溶解性和移动性的研究,磷酸盐修复重金属污染土壤的长期田间实践等。     

工业大麻对重金属污染土壤的治理研究进展

由于工业、农业、废水处理、建筑和采矿等一系列人为活动造成土壤的污染程度日益严重,致使土壤不能用于粮食等作物生产.如何深入治理重金属污染土壤已成为当今研究的热点.由于传统的治理重金属污染技术非常昂贵,并存在二次污染的风险,促使研究者寻求新的治理技术.而植物修复技术以其价廉、清洁、不破坏环境、不会造成二次污染等特性逐步引起了学术界和政府部门的广泛重视.近年来,工业大麻以其优良的修复特性和利用价值已成为修复重金属污染土壤的候选植物之一.在此重点论述了重金属对工业大麻的影响及其在大麻不同部位的分布;工业大麻对重金属的吸收能力以及工业大麻对重金属污染土壤修复的优良特性,最后对工业大麻修复重金属污染土壤技术存在的不足等进行归纳总结,以便为工业大麻对重金属污染治理研究及耐重金属或超富集工业大麻品种的选育和栽培技术研究提供指导.     

大型真菌重金属污染生态学研究进展与展望

大型真菌是生物圈中重要的组成部分和生态资源,在自然界物质循环和维持生态平衡中发挥着非常重要的作用.本文从环境重金属污染对大型真菌的生态毒性效应、大型真菌对重金属的生物富集作用、大型真菌对重金属污染的生态适应机制、大型真菌对重金属污染的指示和生态修复作用等方面,较为全面地总结、评述了大型真菌重金属污染生态学的研究进展.随着重金属污染的加剧,加强研究大型真菌重金属污染生态学,对于大型真菌资源的合理利用和污染环境的生态修复具有重要的现实意义.     

A Review on Heavy Metals Contamination in Soil: Effects,Sources, and Remediation Techniques

Soil heavy metal pollution has become a worldwide environmental issue that has attracted considerable public attention, largely from the increasing concern for the security of agricultural products. Heavy metals refer to some metals and metalloids possessing biological toxicity, such as cadmium, mercury, arsenic, lead, and chromium. These elements enter the soil agro-ecosystem through natural processes derived from parent materials, and through anthropogenic activities. Heavy metal pollution poses a great threat to the health and well-being of organisms and human beings due to potential accumulation risk through the food chain. Remediation using chemical, physical, and biological methods has been adopted to solve the problem. Phytoremediation has proven to be a promising alternative to conventional approaches as it is cost effective, environmentally friendly, and aesthetically pleasing. To date, based on the natural ability of extraction, approximately 500 taxa have been identified as hyperaccumulators of one or more metals. In addition, further research integrating biotechnological approaches with comprehensive multidisciplinary research is needed to improve plant tolerance and reduce the accumulation of toxic metals in soils. This review discusses harmful effects, sources of heavy metals, and the remediation technologies for soil contaminated by heavy metals.     

Advances in Cotton Tolerance to Heavy Metal Stress and Applications to Remediate Heavy Metal-Contaminated Farmland Soil

Heavy metal-contaminated soil is one of the major environmental pollution problems of agricultural production and human health in the world. Remediation of heavy metals in soil is one of the most popular research subjects. Different remediation strategies have been reported to remove heavy metals from contaminated soil, among which phytoremediation is the most important one. Compared with other major crops, cotton shows the strongest and most widespread resistance to abiotic stresses, such as heavy metals. Although heavy metal stress adversely affects the growth and development of cotton, cotton possesses a set of sophisticated stress-resistance strategies. As the main product of cotton is nonedible fibers, which have a large biomass and strong heavy metal absorption and enrichment capacities, cotton is an ideal crop to restore heavy metal-contaminated soils and has unique advantages in terms of both ecological and economic benefits, with great application prospects. In this review, based on domestic and foreign research results in recent years, the effects of heavy metals on cotton growth and product quality were analyzed, the heavy metal absorption, accumulation, translocation and enrichment characteristics of cotton plants were summarized, and the adaptation and tolerance mechanisms of cotton to heavy metals were explored. Furthermore, the view that cotton is an effective crop to remediate heavy metal pollution in farmland soil has been proposed, and popularization and application suggestions for planting cotton to repair heavy metal pollution have been put forward to provide a reference for the comprehensive evaluation of the economic feasibility of cotton to repair heavy metal pollution in farmland soil.     

分离自活性污泥的硫酸盐还原菌用于铅锌冶炼渣重金属污染修复

【背景】从活性污泥中分离出一类具有硫酸盐还原能力的菌株,探讨了其用于铅锌冶炼渣重金属污染修复的可行性。【目的】研究硫酸盐还原菌(Sulfate reducing bacteria)对铅锌冶炼渣中重金属的固化作用。【方法】将从活性污泥中分离出的硫酸盐还原菌接种到铅锌冶炼渣中进行修复,采用X射线衍射、Tessier、电感耦合等离子体发射光谱仪检测、高通量测序等方法进行实验。检测铅锌冶炼渣中矿物组成,以及修复过程中重金属化学形态、各金属离子浓度和微生物群落结构的变化。【结果】修复实验表明,体系中电位降低、pH值提高、各重金属稳定态增加、离子浓度降低且微生物群落结构变化显著,硫酸盐还原菌成为优势菌群。【结论】接种硫酸盐还原菌后铅锌冶炼渣中的重金属原位固化效果显著,从而降低生物可利用性,将恶性循环变为良性循环,所以硫酸盐还原菌可用作重金属污染修复的固化药剂。     

Bioaccumulation of heavy metals in Channa punctatus (Bloch) in river Ramganga (U.P.), India

Ganga is the largest riverine system of India with a fragile ecosystem. Its prone to anthropogenic disturbances because of its cultural, economic and environmental values. The contamination of river Ganga by heavy metals (HM) is due to biotic (anthropogenic sources) and abiotic (pesticides, fertilizers) sources that poses a devastating health hazard to human, plant and edible fish life. The chemical analysis with the help of atomic absorption spectrometer performed on its water samples demonstrated the accumulation of heavy metals such as Arsenic (As), Lead (Pb), Cadmium (Cd), Iron (Fe), Zinc (Zn). Moreover, the spectrophotometric analysis indicated clearly the accumulation of heavy metals in order of occurrence (Fe > As > Cd > Zn > Pb) in liver and (Zn > Fe > As > Cd > Pb) in kidney of edible fish Channa punctatus. The present study has be used to sensitively monitor the extent of heavy metals pollution in the biotic aqua life of river Ramganga system and its suggested that the bioaccumulation of heavy metal in Channa punctatus has reached above permissible limits for human consumption, indicating potential health risks. Necessary biological steps should be taken to handle such food pollution and prevent the environmental risk and food chain disruption.     

食用菌生物修复重金属污染研究进展

生物修复是利用生物体及其衍生物对重金属进行吸收/吸附来处理环境中重金属污染的方法,具有成本低、来源广、无二次污染等特点.食用菌富集重金属是生物修复的一个重要研究方向,食用菌修复作用主要通过对重金属的吸收来降低其生态毒性,从而对重金属污染起到一定的修复作用.本文论述了食用菌对重金属Cu、Cd、Pb、Zn、As、Cr的富集作用,揭示了食用菌富集重金属的可能机理,并对采用食用菌富集重金属以治理环境污染的前景进行了展望.