与GSH变化的实验构思。与正常植株相比,重金属处理过的植株中,抑制剂的加入阻碍了GSH的合成,植株整体PC含量较低且表现出重金属离子的不耐受。在受到抑制剂阻碍植株整体PC含量降低的情况下,对植株细胞施加外源性GSH,发现细胞中得PC含量有所升高,且细胞的耐受性也得到加强。通过正向与反向实验证明,PC的合成底物确为GSH。
通过螯合物或络合物的形式,植物提升了自身的重金属耐受性。但这些复合物依旧是积存于植物体内,对此,科学家们注意到了植物体中有关重金属复合物转运系统的存在。其中主要包括:ABC型转运器(ATP-bindingcassette)、HMA家族(heavymetalATPase)等。它们虽然名称各异,但功能大多相近。在重金属转运机制的协同下,重金属离子形成的络合物逐渐跨膜运送到液泡中。植物就是通过络合物在液泡中的蓄积、隔离来更近一步地减少重金属离子的毒害。
1.2.2传统土壤修复和植物修复技术
作为当前比较严重的污染问题之一,重金属污染已经引起越来越多的重视。植物修复因为自身的特点,相对于传统的土壤修复得到了越来越多的关注和研究。在介绍植物修复技术前,有必要对现在常用的一些土壤污染修复技术作些介绍。
化学修复法主要是借助一些剂品的化学性质对土壤中的污染进行修复,包括与土壤重金属发生氧化还原反应、形成拮抗效应等。这些化学剂品也被称为土壤改良剂。向土壤中加入改良剂后,重金属的生物毒性经由氧化还原得到降低,且慢慢在改良剂周围被吸附、沉淀。现在土壤改良剂主要的考虑因素就是价格不能过于高昂,且在土壤中施用后不会造成二次污染。市面上主要的土壤改良剂包括氧化钙、铝硅酸钠、CaCO3和一些氧化性的有机材料。虽然同属于化学修复,但具体到各个剂品,它们的修复原理还是有所区别的。一、在一些重金属污染的地块中,如果土壤pH较低,可以选择氧化钙或者CaCO3作为土壤改良剂。原本在低pH土壤中形态稳定的重金属离子由于pH值的升高,慢慢向氢氧化态或碳酸态发生转变,最终以低毒或无毒的形式蓄积下来。根据我国东北污灌区的有关研究显示,每平方米使用170g左右的石灰作为土壤改良剂,最终相关植物收获中的重金属含量同比减少了近一半。二、近几年有关磷酸、硅酸类的土壤改良实验结果显示,在使用上述类别的改良剂后,土壤中重金属离子与改良剂形成的重金属盐复合物的溶解性不高,往往以沉淀状态存在。以硅酸盐类改良剂为例,在将工业上的无毒硅酸盐类废料投入到土壤后,大部分的重金属离子的转化和蓄积程度有所提高。三、“沸石”由于在火焰炽灼下能够沸腾而得名。其本质是天然硅铝酸盐。这种碱性矿石晶体凭借自身的空间构造可以与环境重金属离子进行交换,由此减轻重金属对植物的胁迫。四、有机物对土壤的修复类似于盐类土壤改良剂,都是诱导产生沉淀。而且盐类土壤改良剂无法提供腐殖酸,有机土壤改良剂却能在入土后通过微生物作用产生腐殖酸来协助重金属硫蛋白、金属螯合肽形成重金属复合物。综合来看,化学修复的原理并不复杂,但从长远来看,只能算治标并不能治本。因为化学修复并没有解决土壤重金属最根本的问题,只是让重金属以别的低毒、无毒的形式残留于土壤中,一旦土壤发生理化性质的改变,重金属可能再次具有生物毒性。
物理修复相较于化学方法有着见效快、收效好的有点,但无论是哪种物理方法经济成本都比较高。一、电动法修复。金属阳离子在电场中由库仑力作用能够进行定向迁移。利用这一物理特性,我们可以在重金属污染的地块中用正负电源电极构造一个电场,促使环境重金属向我们想要其聚集的方向地点上聚积。最后只需要对重金属富集区域进行金属无害化处理。这与生物学中的电泳实验相似。虽然修复效果较好,但缺点也显而易见。首先是工艺繁琐,然后由于重金属是存在于土壤中,其迁移速度慢于溶液,而且一旦遇到大片污染情况,就需要更多能源投入。二、热解析针对的是具有挥发性的重金属或有机物污染。在高温下,土壤中的挥发性污染物变为气态从土壤间隙中分离。但遇到有毒性的污染物,其蒸汽的控制仍是一个难题。而且热解时,原来土壤的一些正常结构和功能也会遭到破坏,例如土壤中的微生物群落、结构水等。三、客土法是目前较常用的物理修复方法。不是本地的土壤被称为客土。当重金属污染比较集中、严重时,由工程车辆将污染严重的土壤集中运走处理,采用无污染的客土弥补土壤损失。集中处理的土壤按国家规定处理合格后进行填埋作业或者进入建筑材料行业进行相关利用生产。如是轻度的金属污染,可以不对污染土壤进行转运处理,而是直接在污染地块上倾倒客土,混匀,直至整个区域污染值达到国家规定范围;或者将土壤上部的污染部分挖离,并多挖掘出部分空间,然后将有污染的部分土壤先回填,再用客土将剩下的空间填足。这样就达到了将上层直接与植物、人类接触的污染源转移到较深的地下,减少了重金属的直接威胁。客土法对于治理小范围的污染有见效快、修复彻底的优势,但处理大面积污染时就面临着高投入、合格客土不足的问题,而且土壤本来的结构、功能也随客土的加入遭到破坏。如果是将客土与污染进行上下的空间位置交换,原本较为安全的地下水也将受到重金属的威胁。