植物對重金屬的耐性機(jī)理

水生植物對重金屬Zn、Cr、Pb、Cd、Co、Ni、Cu等有很強(qiáng)的吸收積累能力。眾多的研究表明，環(huán)境中的重金屬含量與植物組織中的重金屬含量成正相關(guān)，因此可以通過分析植物體內(nèi)的重金屬來指示環(huán)境中的重金屬水平。戴全裕在20世紀(jì)80年代初從水生植物的角度對太湖進(jìn)行了監(jiān)測和評價(jià)，認(rèn)為水生植物對湖泊重金屬具有監(jiān)測能力。水生大型植物以其生長快速、吸收大量營養(yǎng)物的特點(diǎn)為降低水中重金屬含量提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的方法，例如可以通過控制浮萍（Lemnaminor）的濃度使有機(jī)和金屬工業(yè)廢物的含量降低到最小[11]。在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，浮萍（Lemnagibba）可大幅度降低廢水中的鐵和鋅，對錳的去除效率達(dá)100%[12]。浮萍對重金屬的富集程度超過了藻類和被子植物Azollafilliculoides，尤其是鋅的富集系數(shù)很高，植株內(nèi)的濃度比外面培養(yǎng)基內(nèi)高2700倍。

重金屬在植物體內(nèi)的含量很低，且極不均勻。在同一湖泊中，不同種類的水生植物含量差別很大；同一種類在不同湖泊中，水生植物體內(nèi)的重金屬含量相差也很大。水生植物的富集能力順序一般是：沉水植物＞浮水植物＞挺水植物。植物對重金屬的吸收是有選擇性的。當(dāng)必需元素Zn和Cd與硫蛋白中巰基結(jié)合時(shí)，Cd可以置換Zn。所以Zn/Cd值是一個(gè)反映植物積累能力的很好指標(biāo)，同時(shí)也間接地指示了對植物的破壞程度。實(shí)驗(yàn)證明，沉水植物和浮水植物盡管能夠吸收很多重金屬，特別是Cd的吸收，但是這種吸收不斷增加會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)元素的喪失，如果程度嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致植物死亡。所以沉水植物和浮水植物適合在低污染區(qū)域作為吸收重金屬的載體，同時(shí)可以監(jiān)測水體重金屬含量。

此外，水生植物會(huì)控制重金屬在植物體內(nèi)的分布，使得更多的重金屬積累在根部。水生植物根部的重金屬含量一般都比莖葉部分高得多。但也有例外的情況，這可能與它們不同的吸收途徑有關(guān)。對藻類吸收可溶性金屬的動(dòng)力學(xué)機(jī)制已經(jīng)研究得比較清楚。藻類對金屬的吸收是分兩步進(jìn)行的：第一步是被動(dòng)的吸附過程（即在細(xì)胞表面的物理吸附或離子交換），發(fā)生時(shí)間極短，不需要任何代謝過程和能量提供；第二步可能是主動(dòng)的吸收過程，與代謝活動(dòng)有關(guān)，這一吸收過程是緩慢的，是藻細(xì)胞吸收重金屬離子的主要途徑。藻類大量富集重金屬，同時(shí)沿食物鏈向更高營養(yǎng)級轉(zhuǎn)移，造成潛在的危險(xiǎn)，但另一方面，又可以利用這一特點(diǎn)來消除廢水中的污染。重金屬以各種途徑進(jìn)入自然水體，其對水體危害是十分嚴(yán)重的，因此利用藻類凈化含重金屬廢水具有重要的意義。

金屬不同于有機(jī)物，它不能被微生物所降解，只有通過生物的吸收得以從環(huán)境中除去。植物具有生物量大且易于后處理的優(yōu)勢，因此利用植物對金屬污染位點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)是解決環(huán)境中重金屬污染問題的一個(gè)很重要的選擇。植物對重金屬污染位點(diǎn)的修復(fù)有三種方式：植物固定，植物揮發(fā)和植物吸收。植物通過這三種方式去除環(huán)境中的金屬離子。有關(guān)水生植物對放射性核素的積累也有報(bào)道，如Whicker等發(fā)現(xiàn)水生大型植物石蓮花（Hydrocotylespp.）比其他15種水生植物積累137Cs和90Sr的能力強(qiáng)[16]。用拂尾藻（NajasgramineaDel.）吸收銅、鉛、鎘、鎳等金屬發(fā)現(xiàn)，吸收過程在約0.01min-1.恒定速率下與Lagergren動(dòng)力模型相關(guān)，同時(shí)平衡結(jié)果和朗繆爾（Langmuir）吸收等溫線相關(guān)。