植物修复技术是于20世纪80年代初期在环境污染治理的实践中逐渐发展起来的，它是作为一种新兴的绿色生物技术，同时也是土壤污染治理的环境友好型技术。植物修复技术是指利用重金属富集植物来清除土壤重金属污染，其设想由美国科学家Chaney于1983年首次提出。它通过利用能够富集重金属的超富集植物、用基因工程培育新的富集植物品种，以及植物根际微生物群落，来移去、挥发或稳定土壤中存在的重金属污染物，也可以通过降低重金属的毒性来清除污染，以达到修复或治理土壤污染的目的。
自从富集植物的概念被提出以来，欧美等发达国家对富集植物的富集能力进行了较为深入的研究，而国内发展则相对滞后。截止到目前为止，国内外共发现超富集植物约450余种，其中镍Ni超富集植物最多，约320种；铜Cu超富集植物34种、钴Co超富集植物34种、锌Zn超富集植物18种、硒Se超富集植物20种、铅Pb超富集植物14种、锰Mn超富集植物9种、砷As超富集植物5种。
虽然富集植物的种类和数量不少，但目前对富集植物在园林中的应用还缺乏系统性的总结。园林景观行业以改善人居环境为己任，有必要对时下国内所面临的各种生态环境问题承担相应职责，而植物是园林中不可缺失的重要组成要素，因此迫切需要对植物修复土壤重金属污染机理作深入细致的研究，系统地总结出适合园林应用的富集植物，以期更好地利用植物修复技术来创造更加美好的人居环境。
植物修复土壤重金属污染的机制研究
回避机制
一些植物可通过某种外部机制保护自己，使其不吸收环境中高含量的重金属从而免受毒害，称为避性。植物主要通过两种机制来保护自己，一种是限制重金属离子的跨膜吸收，细胞质膜是选择透过性膜、控制离子进入原生质体的真正关卡；一种是与体外分泌物结合，降低重金属的毒性。
排除机制
所谓金属排斥性即重金属被植物吸收后又被排出体外，或重金属在植物体内的运输受到阻碍。在高等植物中，通过对不同抗性的基因型进行的重金属离子吸收与代谢能量关系的研究已证实原生质膜溢泌有主动排除金属离子的作用。这己在微生物和动物的试验中得到证实，植物体内的重金属离子也能被排出体外。还有些植物对重金属的排除可以通过根际化学性状的改变实现，如根际分泌螯合剂、形成跨根际氧化还原梯度、形成跨膜根际pH梯度等。
细胞壁作用机制
植物细胞壁是抵御重金属离子进入的第一道屏障，它的金属沉淀作用可能是一些植物耐重金属的原因，这种作用能阻止重金属离子进入细胞原生质，而使其免受伤害。杨居荣等研究了Cd和Pb在黄瓜和菠菜细胞各组分中的分布，发现77%-89%的Pb沉积于细胞壁上，而45%-69%的Cd存在于细胞质中。因此根部细胞壁可视为金属离子的重要贮存场所。
重金属进入细胞质机制
植物细胞质膜将有毒离子外排至细胞外或转运至液泡内，是植物降低有毒离子在细胞内含量的两个重要途径。液泡含有的各种蛋白质、糖、有机酸等物质都能与重金属结合而解毒，因此液泡常被认为是贮存重金属元素的结构。Brooks等（1981）用离心的方法对庭芥属植物（Aubrieta）的植物组织进行分离，然后测定各部分的Ni含量，结果显示，有72%的Ni分布在液泡中。Wang等（1991）曾对烟草液泡中镉的化学状态进行模拟，发现液泡内镉与无机磷酸根能形成磷酸盐沉淀，降低了镉的毒性。这些结果都显示，液泡可能成为重金属贮存的主要场所。
重金属与各种有机酸的络合机制
在环境胁迫条件下，有机酸的生物合成、积累、运输和根系分泌会显著增加。有机酸是一类重要的重金属配位体，参与重金属的吸收、运输、贮存和解毒等生理代谢过程，与重金属形成稳定的螯合物，降低重金属的毒性。但有机酸的种类因植物种类、金属类型和浓度等因素而异。20世纪90年代已有很多关于这方面的研究，Tolra等观察到Zn超积累植物遏蓝菜（Thlaspicaerulescens）地上部可溶性Zn浓度与苹果酸和草酸浓度呈显著正相关。Homer等（1991）研究表明，新喀里多尼亚镍超积累植物中分离出来的络合物，其镍配位体主要为柠檬酸盐和苹果酸盐以及两者的混合物。由此可见，各种有机酸对减轻植物重金属的毒害起了关键作用。
酶适应机制
在重金属的胁迫下，植物保护酶系统也会发生适应性变化，使耐性种或植株在重金属干扰时能维持正常的代谢过程。西德WcrneMothys在1978年研究了Cu、Zn、Cd、Ni、Co、Mg对腆肥麦瓶草耐Cu、耐Cd又耐Zn、耐Cd和无耐性的种群的硝酸还原酶、葡萄糖6-磷酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶及苹果酸脱氢酶，发现耐性种加入Zn后硝酸还原酶、异柠檬酸酶被激活，特别是硝酸还原酶；而抗件差的种群，此酶完全被抑制，他们认为抗性种的生态型有保护酶的机制（殷捷和周竹渝2003）。杨居荣等（1995）发现Cd胁迫可引起SOD、POD、CAT活性的改变。一些蔬菜幼苗在汞的胁迫下，会诱导产生新POD的同功酶与外界不良的环境条件相适应。
植物螯合态的解毒作用
植物螯合态PC（Phytochelatin）是一种由半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸组成的含巯基螯合多肽，分子量一般为1-4kD，结构多为（(γ-Glu-Cys)n-Gly,n=2-11）。由于其巯基含量高，对重金属的亲和力大，能够螯合多种重金属离子，使重金属离子失去活性，从而减轻重金属对植物的毒害作用。PC的发现，使人们对植物重金属耐性机理产生了新的认识，认为PC的形成才是植物解毒的重要生理机制。
结果与分析
通过对富集植物进行全面收集，我们筛选出其中能用于园林绿化的富集植物（包括有富集潜力的植物）。
▲国内园林中常用富集植物统计结果
由上表可知，目前园林中应用的富集植物种类并不丰富，整体所占比例较小。目前已发现的多数重金属超富集植物主要集中在草本植物，如禾本科、十字花科、菊科等，木本植物较少。这种结果的出现一方面可能是因为乔木生物量较大、生长周期长导致实验研究难度较大，而草本则不存在这样的问题；另一方面可能是草本植物由于自身在结构和组成上的差异（根系、叶片等）导致其富集能力要强于木本植物。
结论
土壤污染的修复一般有物理、化学和生物修复等方法。植物修复是以植物忍耐和超量积累某种或某些重金属元素的理论为基础，通过植物及其共存微生物体系清除环境中污染物的一种环境生物治理技术。与传统的物理修复和化学修复相比，植物修复所具有的高效、无二次污染与操作简便等特点，使其成为最具生命力的污染土壤修复技术之一。该技术利用绿色植物及其共存微生物体系转移、容纳或转化污染物使其对环境无害，主要包括以下五种类型：植物吸取、植物降解、植物稳定、植物挥发、根际过滤。从本质上讲，植物修复是通过植物光合作用将散存于土壤和水介质中的污染物抽吸出来，转移到植物地上部分或可收割部位，通过刈割并作无害化处理来达到治理环境的目的。
目前，发现的土壤重金属富集和超富集植物有很多种类，但大部分还处于野生状态，且具有生长速率慢、生物量少等弊端。因此需要我们对其进行驯化和改良，从而培育出比自然条件下生物产量高、富集效率高的超富集植物，将其市场化、规模化，用于改善被污染的土壤。同时，配合适宜微生物的使用以增强植物富集能力，加强对植物修复土壤重金属污染的机理研究，以便更好地解决国内土壤重金属污染的问题。
原标题：【文科论坛】重金属污染土壤的植物修复技术研究现状
