超積累植物吸收重金屬的根際效應及展望
錦繡論壇
作者：尹然 張俊超
摘要：闡述近年國內外在超積累植物吸收重金屬的根際微生態效應這一領域的最新研究成果，介紹了根際微生態效應在植物修複中的應用，並對當前超積累植物在根際微生態效應研究中的不足之處和需要進一步深入研究的方向進行討論。
關鍵詞：超積累植物，根際效應，植物修複
1前言
1983年美國科學家Chaney[19]提出利用超積累植物清除重金屬汙染土壤的設想，隨後這一綠色修複技術由於具有安全、廉價的特點而成為國際上研究和開發的熱點。根據作用機理，植物修複可分為植物提取、植物降解、植物穩定、植物刺激、植物揮發和根際過濾[44]。其中植物提取修複技術因其治理徹底且無其它負麵影響等優勢而受重視，成為當前最具應用發展前途的一種植物修複方法。
植物提取修複效率的高低不僅取決於超積累植物吸收和積累重金屬的效率，而且在很大程度上依賴於重金屬在土壤中的生物有效性和超積累植物的根係吸收重金屬的能力。根際環境中重金屬含量pH、Eh、含水量、有機質、其他養分、微生物等是影響根際土壤中重金屬有效性和根係對重金屬吸收能力的主要因素[32]。如今，根際微生態效應已經成為超積累植物一個新的研究熱點。本文著重闡述了近年來國內外在這一領域的一些主要研究成果及存在的主要缺陷以及今後應努力的方向，以期推動國內外在這一領域的研究。
2超積累植物吸收重金屬的根際效應研究現狀
土壤中重金屬可以水溶態、交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態及結晶態等多種形態存在，其中水溶態和可交換態是非超積累植物吸收重金屬的主要來源[8]。生物有效性的重金屬僅占土壤中重金屬總量的很小一部分，植物為了滿足自身對重金屬的需要，必須擁有一種或多種活化土壤中非有效態重金屬的能力。如缺Zn下，某些非超積累植物根係能主動創造一種生理機製來溶解土壤的非可溶態金屬[5]。與一般植物相比，超積累植物具有超常的吸收、轉運和積累重金屬的能力，即使在非汙染或中等汙染程度的土壤上也能富集高含量的重金屬[6，7]，表明超積累植物能夠強烈活化和溶解根際環境的難溶態重金屬。這些研究結果證實了超積累植物必然具有獨特的活化土壤中其它植物不能吸收利用的重金屬能力。
2.1根係的生長特性
根係的生長和形態分布是植物根係體現吸收功能和吸收效率的重要因素之一。超積累植物為實現其特異的吸收和積累重金屬能力，在根係生長和形態上產生了適應性的反應。
2.2根際pH
酸度是影響土壤中重金屬移動性和生物有效性的主要因子之一。降低根際土壤的pH值可以增加土壤重金屬的溶解和釋放，提高重金屬（如Cd、Zn、Ni、Mn、Pb、Cu）的生物有效性，而堿化作用則能提高As、Cr、Mo、Se等移動性。但在超積累植物根係吸收重金屬的過程中，大多數研究者發現在超積累和非超積累植物之間、超積累植物的根際土和非根際土之間以及種植超積累植物前後根際pH並沒有顯著變化。
2.3根際Eh
氧化還原電位的高低決定著根際土壤中重金屬氧化還原的方向，影響著土壤中變價金屬元素如Fe、Mn、Hg、Cr、As的溶解和固定，進而影響吸附其表麵的其他重金屬生物可利用性。如在缺Fe和Cu條件下，豌豆植物的根係通過專性原生質膜結合的金屬還原酶還原Fe3+和Cu2+，增加植物對Cu、Fe、Mn和Mg的吸收[8]。大多數植物可以從根部釋放還原劑，從土壤中獲得不溶性的重金屬。植物根部有釋放有機酸和還原劑來還原Fe、Mn氧化物的能力，當這些氧化物還原時，則導致吸附金屬的釋放。