土壤重金属污染的转基因植物修复

土壤重金属污染的转基因植物修复学院：资环院班级：环境工程二班姓名：

学号：土壤是人类赖以生存的物质基础，是人类不可缺少、不可再生的自然资源，也是人类环境的重要组成部分。土壤就是我们的根

而现在世界上土壤污染非常严峻。土壤污染类型多，而其中又以重金属污染最为厉害，治理也最为困难。

重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，应特别注意防止重金属对土壤污染。土壤重金属来源与分布

1.随着大气沉降进入土壤的重金属2.随污水进入土壤的重金属3.随固体废弃物进入土壤的重金属4随农用物资进入土壤的重金属

1.随着大气沉降进入土壤的重金属

大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金和建筑材料生产产生的气体和粉尘。除汞以外，重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气，经过自然沉降和降水进人土壤。据Lisk报道，煤含Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金属，石油中含有相当量的Hg(O.02～30mg/kg)，这类燃料在燃烧时，部分悬浮颗粒和挥发金属随烟尘进入大气，其中1O%～30%沉降在距排放源十几公里的范围内.汽车运输对大气和土壤造成的污染主要以Pb、Zn、Cd、Cr、Cu等的污染为主。它们来自于含铅汽油的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘，据有关材料报导，汽车排放的尾气中含Pb量多达20～50μg/L，它们成条带状分布，因距离公路、铁路、城市中心的远近及交通量的大小有明显的差异。经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染，与重工业发达程度、城市的人口密度、土地利用率、交通发达程度有直接关系，距城市越近污染的程度就越重，污染强弱顺序为：城市-郊区-农村。

利用污水灌溉是灌区农业的一项古老的技术，主要是把污水作为灌溉水源来利用。污水按来源和数量可分为城市生活污水、石油化工污水、工业矿山污水和城市混合污水等。由于我国工业迅速发展，工矿企业污水未经分流处理而排人下水道与生活污水混合排放，从而造成污灌区土壤重金属Hg、Cd、Cr、Pb、Cd等含量逐年增加。淮阳污灌区土壤Hg、Ca、Cr、Pb、As等重金属1995年已超过警戒线。其它灌区部分重金属含量也远远超过当地背景值。2.随污水进入土壤的重金属

随着污水灌溉而进入土壤的重金属，以不同的方式被土壤截留固定。95%的Hg被土壤矿质胶体和有机质迅速吸附，一般累积在土壤表层，自上而下递减。污水中的As进入土壤后被铁、铝氢氧化物及硅酸盐粘土矿物吸附，也可以和铁、铝、钙、镁等生成复杂的难溶性砷化合物。而Cd很容易被水中的悬浮物吸附，水中Cd的含量随着距排污口距离的增加而迅速下降，污染的范围较少。Pb很容易被土壤有机质和粘土矿物吸附。Pb的迁移性弱，污灌区Pb的累积分布特点是离污染源近土壤含量高，距离远则土壤含量低。固体废弃物种类繁多，成分复杂，不同种类其危害方式和污染程度不同。其中矿业和工业固体废弃物污染最为严重。这类废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。有一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料施入土壤，造成土壤重金属污染。如大量的家畜粪便及动物加工产生的废弃物，由于饲料中添加了一定量的重金属盐类，因此作为肥料施入土壤增加了土壤Zn、Mn等重金属元素的含量。3.随固体废弃物进入土壤的重金属随着工业的发展以及城镇环境建设的加快，污水处理正在不断加强。我国现有80余座污水处理厂，估计污泥产生量在400万吨以上，由于污泥含有较高的有机质和氮、磷养分，因此土壤成为污泥处理的主要场所。一般来说，污泥中Cr、Pb、Cu、Zn、As极易超过控制标准。北京褐土施用燕山石化污泥一年后Hg、Cd浓度分别达到O.94mg/kg、O.22mg/kg。许多研究指出，污泥的施用可使土壤重金属含量有不同程度的增加。其增加的幅度与污泥中的重金属含量、污泥的施用量及土壤管理有关。

农药、化肥和地膜是重要的农用物资，对农业生产的发展起着重大的推动作用，但长期不合理施用，也可以导致土壤重金属污染。绝大多数的农药为有机化合物，少数为有机-无机化合物或纯矿物质，个别农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属。杀真菌农药常含有Cu和Zn，被大量地用于果树和温室作物，常常会造成土壤Cu、Zn累积达到有毒的浓度。4随农用物资进入土壤的重金属

Cd是土壤环境中重要的污染元素，随磷肥进入土壤的Cd一直受到人们的关注。许多研究表明，随着磷肥及复合肥的大量施用，土壤有效Cd的含量不断增加，作物吸收Cd量也相应增加。据马耀华等对上海地区菜园土研究发现，施肥后，Cd的含量从O.13mg/kg上升到O.32mg/kg。美国橘园每年每公顷施磷量为175kg，36年后土壤Cd量由O.07mg/kg提高到1.0mg/kg；新西兰在同一地点施用磷肥50年后取土分析，土壤Cd含量由O.39mg/kg提高到O.85mg/kg。中国土壤重金属污染严重土壤环境立法迫在眉睫

中国正在经历和日本上个世纪同样迅速的经济增长期，污染也在同步增长，新世纪以来，和重金属有关的环境事件愈见频繁。而中国的土壤污染治理也在不断摸索的过程当中。记者从环保部了解到，全国的土壤污染调查已经完成，重金属治理的规划(2010-2015)修编也已上报国务院并于近期公布。越来越多的污染让我们生活更艰难植物修复植物修复(Phytoremediation)是利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害。植物修复的对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体。研究表明，通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用，可以净化土壤或水体中的污染物，达到净化环境的目的，因而植物修复是一种很有潜力、正在发展的清除环境污染的绿色技术。转基因植物修复

通过基因工程技术提高植物对重金属的耐性，增加重金属在植物体内的累积被认为是进行污染土壤生态恢复以及减少食物链重金属污染的一条切实可行的有效途径。随着细胞和分子水平上对重金属在植物体内新陈代谢机理的认识及相关基因的不断鉴定，应用转基囚技术提高植物对重金属的耐性和积累量已取得了一些进展。什么样的植物能做为植物修复的植物呢？用于植物修复的植物要求有高的生物量、短的生长周期、同时对多种重金属具有较高的积累性和耐性。利用基因技术可以提高超积累植物的生物产量和生长速率或是提高高产作物或植物的重金属富集量和耐性，由于植物的高产性状是由多基因控制的性状，对其改良的难度极大，而超积累性状可能由少数几个关键基因控制，因此利用超积累基因改良高产作物或植物的途径较为可行。成本低而且美观的植物修复让我们看到了希望了解重金属污染土壤的转基因植物修复重金属积累性和耐性的分子机制1、吸收机制2、转运机制3、贮存机制4、化学转化机制5、超积累机制金属在土壤中一般以多种形式存在，不同的化学形态对植物的有效性不同，只有具有生物可用性的金属即具有有效性才能被植物体吸收，且有效性越大越容易被吸收。植物通过一些方法来提高土壤中金属的生物有效性。例如许多植物分泌有机酸(苹果酸、柠檬酸等)与金属生成螫合物，并目．降低根际pH值，从而提高金属的生物有效性。1、吸收机制

重金属积累性和耐性的分子机制在金属从根到叶的运输中，转运体将金属离子转运出根的共质体，转运到木质部的非原质休中，其能最可能来源于木质部薄壁细胞膜上的H-ATP牌产生的负性跨膜电势。蒸腾作用可能驱动了金属在木质部的运输。不同的整合体可能参与了金属在木质部的运输。2、转运机制重金属积累性和耐性的分子机制一旦金属进入到叶细胞，植物必需金属将被转移到它们的目的地，膜金属转运体及金属螫合蛋白可能参与了这一过程。金属硫蛋白MTs(metallothioneins)是富含半胱氨酸的低分子量蛋白，对金属阳离子如Cd、Cu和Zn具有高亲和力。它们通过半胱氨酸残基上的巯基与重金属结合形成无毒或低毒的络合物，从而清除重金属的毒害。同时MTs还被认为在金属的体内平衡中起作用。3、贮存机制重金属积累性和耐性的分子机制金属转化酶可能参与了将金属从无机分子中转移入有机分子的过程，如硒酸盐被转化为二甲基硼化物，或者改变金属的氧化还原状态，如有毒的Cr(Ⅵ)被降解为无毒的Cr(111)、在双子叶植物中Fe在被吸收之前被降解酶降解即从不溶的Fe(III)转化为可溶的Fe(II)。4、化学转化机制重金属积累性和耐性的分子机制通常超积累植物被定义为可以积累高于普通植物大约100倍高的重金属浓度的植物。例如，1％干重的Mn和Zn、0．1％干重的Cu和Ni、0．01％干重的Cd。大约75个科的500种植物被发现具有超积累性mJ。超积累植物通常生长慢、生物量低，但即使土壤中重金属含量很低时，这些植物也可以积累很高浓度的重金属，并且绝大多数吸收的重金属被转移到茎叶中。5、超积累机制重金属积累性和耐性的分子机制基因技术在植物修复中的应用

许多基因参与了金属的吸收、转运、区室化、化学转化以及植物对金属的耐性，过表达这些基因来提高植物体内原有作用的效率是一种可行的植物修复途径。耐性是进行植物修复时植物体必须具备的特性，因此捉高植物对金属的耐性是进行植物修复的关键步骤。提高植物对金属的耐性可以通过多种途径米实现，如降低金属的吸收、有效的区室化作用、大量合成金属整合分子、增加与抗胁迫机制有关的酶的活性等。依靠基因在植物组织(根、茎叶、维管束)和细胞内(细胞膜、液泡膜)中过表达金属转运体基因可能提高金属的吸收、转运、或区室化的效率。过表达与金属螫合物的生物合成有关的丛因，通过整合物的不同和螯合物所处部位的不同，可以提高或降低金属的吸收，提高金属的转运和区室化。大量合成各种金属整合分子可以影响植物对重金属的耐性和积累性。过表达MTs可以有效提高梢物对重金属的耐性和积累性。过表达哺乳动物MTs的烟草(Nicotianatabacum)在100～200gmol／LCd浓度下正常生长，而对照野生类型在10gmol／L的Cd浓度下生长受到严重抑制。在组成型启动子的控制下拟南芥表达大豆MT基囚(PsMTA)，其幼苗比非转基因植株累积了8倍多的Cu[501。过表达酵母MTs基因CUPI的B．oleracea可以忍耐400gmol／L的Cd，而对照野生型植物在25gmol／L的Cd浓度下便不能生长，转基因植株在50gmol／L的Cd浓度下比对照野生型植物在25gmol／L的Cd浓度下在上部叶片中多积累10％～70％的Cd。酵母的MTs基因CUPl导入烟草中表达，结果表明，在含Cu量高的沙地上生长，CUPI炯草幼苗叶片比对照祟积了2～3倍高的Cu，但转CUPI烟草却没有表现出对Cd的显著耐性。过量表达MTs可以提高植物对某一特殊重金属的抗性如Cd、Cu