植物修復(fù)技術(shù)及其遺傳工程改良

楊文霞

摘 要：隨著社會(huì)水平的不斷提升，環(huán)境污染問(wèn)題也隨之變得越發(fā)嚴(yán)重起來(lái)，現(xiàn)階段所使用的環(huán)境污染治理手段不僅需要耗費(fèi)大量的資金，工作效率不高，常常還會(huì)對(duì)其他生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，因而使得植物修復(fù)技術(shù)在環(huán)境治理中越發(fā)得到了關(guān)注。為此文中筆者主要綜述了五種植物修復(fù)技術(shù)及作用機(jī)制，并對(duì)遺傳工程改良技術(shù)對(duì)植物修復(fù)能力提升研究進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：植物修復(fù);環(huán)境污染;遺傳改良;環(huán)境修復(fù)

在最近幾十年來(lái)發(fā)展過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外通過(guò)植物修復(fù)技術(shù)對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行治理，以及使用遺傳工程改良提升環(huán)境污染治理能力的相關(guān)研究獲得了突破性的發(fā)展，在文中筆者對(duì)近幾年來(lái)這方面所獲得的成就進(jìn)行了相應(yīng)的綜述，旨在為中國(guó)的環(huán)境治理問(wèn)題提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

一、植物修復(fù)技術(shù)的方法及使用

（一）植物提取

這種修復(fù)技術(shù)主要是通過(guò)植物根系對(duì)于土壤當(dāng)中所含有的污染物質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的吸收，進(jìn)而轉(zhuǎn)移至植物地表部分容易被收割的器官中。在植物收割之后可進(jìn)行焚化。這是通過(guò)植物進(jìn)行土壤污染物降解的重要方式。植物通過(guò)其體內(nèi)的各種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)土壤的營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行吸收。但是這種類型的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白諸如鋅轉(zhuǎn)、鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等并非具有專一性，除了對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行吸收之外，其也常?？梢詫?duì)土壤當(dāng)中所含有的有毒物質(zhì)進(jìn)行吸收。但是對(duì)于植物怎樣將有毒物質(zhì)進(jìn)行吸收的機(jī)制現(xiàn)階段并沒(méi)有得到探明。由于有機(jī)物的污染大部分情況都是人為的，并非植物所生長(zhǎng)的環(huán)境中，因此植物并未具有這些物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。對(duì)與金屬元素的吸收主要是由元素的狀態(tài)所決定的。金屬元素常常在土壤中以難于吸收的復(fù)合物存在，然而植物根系所產(chǎn)出有機(jī)酸、螯合物等能夠?qū)饘僭貭顟B(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，并加速植物對(duì)于這些物質(zhì)的吸收。

（二）植物降解

植物降解，主要是通過(guò)植物所分泌的酶對(duì)污染物進(jìn)行降解，從而獲得無(wú)毒的代謝產(chǎn)物。這個(gè)過(guò)程可利用根系中所產(chǎn)生的酶來(lái)實(shí)現(xiàn)催化作用，同時(shí)也能夠?qū)⑽廴疚镂塍w內(nèi)再進(jìn)行分解。另外，植物也可以提高土壤當(dāng)中微生物的活性，而這部分微生物也能夠?qū)τ卸疚镔|(zhì)進(jìn)行降解。這種手段大部分情況下是用來(lái)對(duì)環(huán)境中的有機(jī)物進(jìn)行降解?？梢员恢参锼到獾挠袡C(jī)物主要有dioxin等多氯雙酚類物質(zhì)，多環(huán)類物質(zhì)以及部分鹵化物。這部分化合物可以被植物所分泌的酶所分解，也能夠利用基因工程所引進(jìn)地酶實(shí)現(xiàn)降解的目的。

（三）植物揮發(fā)

部分如汞、硒及有機(jī)污染物，在被吸收之后能夠轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒的揮發(fā)性物質(zhì)，進(jìn)而釋放到空氣之中。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要進(jìn)行植物的收割就能夠?qū)崿F(xiàn)清除污染的目標(biāo)。而對(duì)于把這部分元素釋放至空氣的問(wèn)題，Cherian人等通過(guò)研究表明，從而植物中所放出的汞、硒等元素含量極低，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成新污染。在使用植物進(jìn)行土壤汞污染的治理中：汞主要是以液態(tài)、離子態(tài)和有機(jī)物等形式存在，土壤及水中的汞元素大部分情況下是微生物所吸收進(jìn)而轉(zhuǎn)變成甲基汞，這種物質(zhì)會(huì)對(duì)人及動(dòng)物產(chǎn)生極大的毒性，而離子態(tài)及金屬態(tài)的汞則具有較小的毒性，在這當(dāng)中金屬汞具有最小的毒性，且極易揮發(fā)，進(jìn)而可有效實(shí)現(xiàn)土壤汞污染物的治理。

（四）植物過(guò)濾

植物，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于空氣中諸如SO2等污染物，以及具有揮發(fā)性的鹵化物進(jìn)行吸收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空氣過(guò)濾的作用。與此同時(shí)，水生植物可以把水中的污染物進(jìn)行吸收被積累起來(lái)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水體過(guò)濾的效果。水生植物的根系非常發(fā)達(dá)能夠與水體實(shí)現(xiàn)最大面積的接觸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)緊密的過(guò)濾網(wǎng)。植物除了可以對(duì)金屬及類金屬實(shí)現(xiàn)吸收之外，也能夠?qū)崿F(xiàn)水體營(yíng)養(yǎng)物的消解。

二、遺傳工程改良

（一）谷胱甘肽

谷胱甘肽，主要是在谷氨酰半胱氨酸合成酶及谷胱甘肽合成酶的共同作用下，使得谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸合成而來(lái)。谷胱甘肽在與金屬有機(jī)物的清理及抗耐性方面有著非常多的作用。谷胱甘肽能夠與污染物進(jìn)行融合，再被移送至細(xì)胞壁進(jìn)行累積。谷胱甘肽是植物金屬螯合物主要形成原料。但是重金屬常常會(huì)導(dǎo)致植物發(fā)生氧化威脅作用。很多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與谷胱甘肽生成的相關(guān)基因，從而加大了谷胱甘肽在植物中的生成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高植物耐性、累積的水平。

（二）金屬硫蛋白

金屬硫蛋白，當(dāng)中含有豐富的半胱氨酸多肽，其主要含有70個(gè)左右的氨基酸，在這當(dāng)中12～15個(gè)半胱氨酸。半胱氨酸當(dāng)中所含有的硫基團(tuán)能夠與汞、銀等離子相結(jié)合，并將其轉(zhuǎn)送至細(xì)胞的各個(gè)部位。金屬硫蛋白能夠?qū)⒔饘購(gòu)?fù)合物結(jié)合到谷胱甘肽，并送至液泡當(dāng)中。很大一部分金屬硫蛋白基因早已從植物中克隆了出來(lái)，很多已得到了應(yīng)用，所獲得的植物不僅能夠加強(qiáng)重金屬的抗性，同時(shí)也能夠提升植物體內(nèi)的重金屬含量。

（三）植物螯合劑

植物螯合劑，其中也含有大量的半胱氨酸多肽。然而，其與金屬硫蛋白等多肽存在著很大的區(qū)別，植物螯合劑的形成并非由基因表達(dá)而來(lái)，其主要是植物螯合劑合成酶聚合谷胱甘肽而得到的。所以，提升谷胱甘肽的濃度及提高植物螯合劑合成的酶活都能夠加強(qiáng)谷胱甘肽的生成。

（四）金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

由于重金屬，被吸收以及在細(xì)胞之間轉(zhuǎn)移，都是通過(guò)植物體內(nèi)所含有的金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白所實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檠芯拷饘俎D(zhuǎn)運(yùn)蛋白的機(jī)理，能夠有利于深入優(yōu)化植物對(duì)重金屬的攝取作用。大部分的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因已被成功的研究并獲得其價(jià)值，然而對(duì)其怎樣運(yùn)載金屬的機(jī)理則并不完全明了。但是，提升鈣、鋅離子的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)能夠有效加強(qiáng)植物對(duì)于有毒金屬的攝取。

三、結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，植物修復(fù)技術(shù)還處在發(fā)展時(shí)期，大多數(shù)的工作基本上都是在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展的，雖然具有實(shí)際案例，然而其與規(guī)模應(yīng)用依舊具有很大距離。生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)早已引發(fā)了廣泛的關(guān)注，通過(guò)植物修復(fù)技術(shù)的對(duì)環(huán)境進(jìn)行治理必定具有廣闊發(fā)展空間，而廣泛地使用及推廣。

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