2019年砷超富集植物蜈蚣草及其對砷的富集特征(一)

1、2019 年砷超富集植物蜈蚣草及其對砷的富集特征(1)篇一：蜈蚣草對砷的生物富集研究蜈蚣草對砷的生物富集研究摘要：砷具有致癌、致突變和致畸性，是一種對免疫系統(tǒng)有害的物質(zhì)。高砷地下水嚴(yán)重威脅全球數(shù)百萬人的健康。超富集植物以其對重金屬的耐性、 富集性等特性展示了它在重金屬污染修復(fù)方面的巨大潛力。利用超富集植物修復(fù)環(huán)境污染的研究獲得了學(xué)術(shù)界和公眾的普遍關(guān)注。近年來，發(fā)現(xiàn)蜈蚣草可高效去除污染土壤和水環(huán)境中的砷。關(guān)鍵詞：砷、超富集植物、蜈蚣草、植物修復(fù)砷的危害及研究現(xiàn)狀砷的危害砷是一種原漿型毒物，具有致突變、致癌和致畸性(鄭鳳英等，20XK ,是我國砒霜的主要成分。碎化物是可由呼吸道、食物或皮膚接觸中進(jìn)

2、入人體，能抑制酶的活性，干擾人體代謝過程，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，并導(dǎo)致毛細(xì)血管擴張(Saha， 1999) 。如果人類長時間暴露在含砷環(huán)境中，會誘發(fā)肝癌、皮膚癌等，還會誘發(fā)畸胎。現(xiàn)在越來越多的癌癥與含砷飲用水密切相關(guān)（肖細(xì)元，2003）。砷的慢性作用可導(dǎo)致皮膚有色素沉著以及手腳有角質(zhì)物質(zhì)生成， 從而進(jìn)一步發(fā)展為皮膚癌。長期飲用含砷的地下水，爆發(fā)肝癌、皮膚癌及其它癌癥的幾率將高達(dá)10%。另外土壤和水體的砷污染還會導(dǎo)致糧食減產(chǎn)，造成經(jīng)濟損失。砷的來源自然界中的礦物燃料煤和石油中含有一定量的砷，在冶煉燃燒過程中進(jìn)入大氣后產(chǎn)生大量砷化物， 通過植物吸收和火山活動等自然過程可連續(xù)地將砷化物分散到土壤環(huán)

3、境中。 在世界各地， 由于稀有金屬礦的開采和銅礦、金礦的工業(yè)活動、居民燃用的高砷煤還有冶金、玻璃、陶瓷、制革、農(nóng)藥、某些有機和無機化學(xué)品制造、煉油和稀土提取等領(lǐng)域工業(yè)廢水的排放， 以及農(nóng)業(yè)含砷殺蟲劑的使用， 使得多數(shù)區(qū)域遭受砷污染。過量的自然和人為來源砷，由于地球化學(xué)作用，使砷廣泛存在于地表和地下水體中， 進(jìn)入地質(zhì)大循環(huán)和生物地球化學(xué)小循環(huán)后，將表現(xiàn)出其地球化學(xué)危害行為（鄭鳳英等，20XX）。砷的污染現(xiàn)狀由不同來源的砷化物進(jìn)入環(huán)境后，在局部地區(qū)聚集，引起環(huán)境中砷含量升高， 進(jìn)而造成砷污染公害的事件時有發(fā)生。 砷污染及其危害水體中砷污染程度也更加嚴(yán)重。目前受到砷污染危害的國家主要有： 孟加拉、

4、印度、 智利、 泰國、美國、 中國、 阿根廷、 巴西、 墨西哥、 德國、 西班牙、 英國、 加拿大、越南（ Smedley&Klnniburgh ， 2002）。另外，日本政府己將砷中毒繼鉛中毒、水俁病、痛骨病等嚴(yán)重污染疾病，宣布為第四公害病。近年來，我國不斷出現(xiàn)砷污染和砷中毒事件。在內(nèi)蒙、貴州、山西、臺灣、湖南、廣西等地區(qū)砷危害嚴(yán)重。我國自 1956-1984 年共發(fā)生了 30 多起砷污染事件，使砷廣泛存在于地表與地下水體中（廖自基，1992）。由于被污染的飲用水中碎濃度達(dá)到100區(qū)g/L,就極易致癌， 所以我國將砷列入水中優(yōu)先控制污染物名單。 從 2003 年開始，國際上對飲用水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了

5、修訂，將碑的允許含量從50區(qū)g L-1降至10wg-1 （鄭鳳英等，20XR。治理砷污染的主要方法在砷污染的修復(fù)方法中，傳統(tǒng)的土壤修復(fù)方法主要有以下幾種：（ 1）固化/ 穩(wěn)定化法；（2）玻璃化法；（3）土壤淋洗/ 酸提取法；（ 4）冶煉回收法；（ 5 ）吸附法（楊潔等，2003）。/ 過濾、離子交換、反滲透法），化學(xué)法（石灰軟化、氧化鐵或活性氧化鐵（鋁）吸附）和生物法等，但對于大流域、低含量的砷則很難處理。并且常規(guī)處理方法中： 化學(xué)處理法處理含砷廢水時存在成本高， 并且處理后生成的浮渣易產(chǎn)生二次污染等缺點； 物理處理法只能夠處理濃度較低、處理量不大、 組成單純并且有較高回收價值的含砷廢水， 而

6、往往工業(yè)廢水的成分較復(fù)雜， 所以物理法實用化程度較低； 生物處理法處理含砷廢水時，雖然具有經(jīng)濟、 高效且無二次污染等優(yōu)點，但是目前理論上尚未成熟，實際應(yīng)用到工業(yè)中不多（孫桂琴，20XK。因此，研究具有成本低廉、 操作簡便、 符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)特性的深度處理方法直接處理水中As 至關(guān)重要。植物修復(fù)植物修復(fù)技術(shù)就是指利用植物提取、吸收、分解、轉(zhuǎn)化或固定土壤、沉積物或地表水、地下水中有毒有害污染物技術(shù)的總稱。從廣義上講就是是利用包括高大的喬木、 灌木、 草本植物等眾多植物去除土壤、 空氣、 水體、 沉積物或污泥中的重金屬、 有機物等污染物的技術(shù)。按其修復(fù)的機理和過程分，植物修復(fù)可以包括植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)

7、、根際過濾、根際降解和植物萃取等技術(shù)。植物修復(fù) （phy-toremediation） 與傳統(tǒng)修復(fù)相比， 具有利用太陽能、安全、 成本低、 生態(tài)協(xié)調(diào)及環(huán)境美化功能等特點 （廖曉勇等，20XX） ，常常也被稱之為綠色修復(fù)。超積累植物這一概念在 1977 年第一次由新西蘭地質(zhì)學(xué)家 Brooks 提出，是指那些能超量積累某些化學(xué)元素的野生植物。 超積累植物一般生長于礦山區(qū)、 成礦作用帶或某些特定的地表土壤中，常常構(gòu)成一個孤立的“生態(tài)學(xué)島嶼”。對于植物富集化學(xué)元素究竟要達(dá)到多少才能被列入超積累植物的范疇， 目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。但超積累植物一般都具備以下兩點特征：（ 1）是該植物對某種或某幾種重金屬具

8、有超常耐性；（2）是該植物對重金屬具有超量積累性（蔣彬，2002）。超積累植物（Hyperaccumulator） 是指對某種重金屬元素的吸收量超過一般植物吸收量的 100 倍以上的植物（褚貴新&任崗，2001）。根據(jù)目前發(fā)現(xiàn)的超積累植物已達(dá)400余種（Chen&Wei,2002） ，其中多為十字花科植物，以鎳超積累植物類型最多，約 290 種。 有的超積累植物可同時積累多種重金屬元素，如銅和鈷的超積累植物有約 50 種，銅的約24 種，鈷的約26 種，其中有9種對銅和鈷都有超積累能力， As 的超富集植物研究較晚，但是比較系統(tǒng)（Chen&Fan， 2002）。一般超積累植物體內(nèi)某種重金屬元素

9、含量應(yīng)大于一定的標(biāo)準(zhǔn)， 必須有較高的運輸該重金屬的能力。 植物所吸收的金屬元素大多分布在地上部分， 而相對于非超積累植物， 其地下根系的Zn、 Ni 等重金屬含量往往是地上部的 10倍以上 （褚貴新&任崗，2001） 。 并且超積累植物在進(jìn)行產(chǎn)后處置-灰化后 , 其灰分中重金屬含量可提高10 倍 , 更有利于對重金屬的回收利用（萬云兵等，2002）。一般利用植物修復(fù)污染環(huán)境必須以下兩點具備：（ 1 ）是高效降解有機污染物、耐受或超富集重金屬污染物的植物材料；（2）是要獲得最佳修復(fù)效果的理論知識及實際操作關(guān)鍵技術(shù)（涂書新，20XX）。砷超富集植物蜈蚣草1999 年， 陳同斌等人在中國境內(nèi)找到砷的

10、超富集植物， 并于 2000年 10 月“土壤修復(fù)國際會議” 上介紹了這一成果（Chenetal. ， 2002） ；2001年3月Ma等人也報道在美國境內(nèi)發(fā)現(xiàn)了碑超富集植物一一娛蚣草（PterisvittataL. ）（張斌才，20XK。娛蚣草具有極強的耐碑特性， 能夠在 23400mg/kgAs 的礦渣上正常生長 （肖細(xì)元等， 2003） ，其羽片砷含量是普通植物的數(shù)十萬倍，用包含9mg/kg 的砷的未污染的土壤中試驗，生物富等系數(shù)（羽片中砷含量 / 土壤中砷含量）高達(dá)80 （Minganti&Cornara , 20XK ;該植物體內(nèi)碑的分布規(guī)律與普通植物不同，碎含量為羽片葉柄根系（陳同

11、斌等，2002）。植物修復(fù)是當(dāng)前治理污染環(huán)境的一個研究熱點， 超富等植物是植物修復(fù)的關(guān)鍵材料。蜈蚣草（P vittataL ）作為一種砷超富等植物，不但具有較強地耐砷和富等砷的能力，而且具有生長速度快，生物量大，適應(yīng)性比較強，分布廣的特點， 預(yù)示其有較大的應(yīng)用價值和潛力（安志裝等， 2003）。在我國秦嶺以南的各省，如湖南、湖北、廣西、云南等地都有大量蜈蚣草生長， 同時蜈蚣草也是一種鈣質(zhì)土壤指示植物 （廖曉勇等，2003）。對采自生長于砷污染和未受砷污染土壤中的蜈蚣草進(jìn)行室內(nèi)添加砷的試驗，可以發(fā)現(xiàn)它們對砷的富集沒有明顯的區(qū)別，他們的孢子育苗移栽后的蜈蚣草同樣具有很強的砷富集能力。 這些說明蜈蚣

12、草具有穩(wěn)定的遺傳性。除了 FeAsO4ffi AlAsO4難溶以外，娛蚣草能夠有效的去除溶液中的K2HAsO4 NaAsO4 Ca（AsO4）2等形態(tài)碑。娛蚣草的地上部累積的砷可達(dá) 22.6g/kg（ 以干重計 ） ， 砷占地上部生物量（ 以干重計 ） 的 2.3%，其含量高于大量元素磷（ Maetal.2001 ； Wangetal.,2002 ）。蜈蚣草的地上部砷含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般植物（1.1.7 研究現(xiàn)狀土壤重金屬污染是一個全球性的問題，因為重金屬污染是一個不可逆的過程, 其在土壤中滯留的時間長，非超富集植物或微生物難以降解， 不僅對人類健康帶來嚴(yán)重及潛在危害， 而且使大量農(nóng)用地荒廢（賴發(fā)

13、英，20XK。國內(nèi)外針對娛蚣草修復(fù)土壤重金屬As污染的研究十分活躍， 已經(jīng)將生態(tài)修復(fù)作為探索利用生物工程技術(shù)來修復(fù)重金屬污染土壤的一種新方法（賴發(fā)英，2003），并取得了一些創(chuàng)新性的成果。歸納起來，主要集中在：（1）是娛蚣草對As的富集特性；（2） As在娛蚣草中的存在形態(tài)以及其轉(zhuǎn)化方式研究；(3)研究P、Ca K等元素對娛蚣草吸收、轉(zhuǎn)運As的影響；(4)蜈蚣草對 As 的耐性機制等方面的研究(潘志明，鄧天龍，20XX)。超富集植物作為土壤重金屬植物修復(fù)的基礎(chǔ)， 目前對其吸收、 轉(zhuǎn)運和富集砷的機理研究， 已經(jīng)發(fā)展到了分子水平， 但對于其根際分泌物和根際微生物的研究還較少。蜈蚣草作為近幾年來發(fā)現(xiàn)

14、的超富集植物。雖然關(guān)于蜈蚣草富集土壤重金屬 As 的研究報道已有很多， 但關(guān)于蜈蚣草富集水中 As 的研究目前少有報道。 蜈蚣草這類蕨類植物雖喜好溫暖潮濕的環(huán)境但非水生，因此利用這些蕨類植物進(jìn)行飲用水除砷的研究相對較少。 到目前為止，國內(nèi)還很少有關(guān)于超富集植物用于飲用水除砷的報道， 且這些為數(shù)不多的研究集中于溶液培養(yǎng)條件下超富集植物對溶液中砷的去除效果。其培養(yǎng)液與實際高砷飲用水差別較大， 實際應(yīng)用受到很大限制。 在國外雖然有少數(shù)是脫離營養(yǎng)液環(huán)境， 研究蜈蚣草去除水中砷的效果， 但他們也沒有和實際高砷地下水環(huán)境相結(jié)合。如 Elless 等在沒有營養(yǎng)液存在的環(huán)境下， 研究了流速對蜈蚣草吸收砷的影響

15、 ( Ellessetal. ，20XR。而實際上，高碑水水環(huán)境很復(fù)雜，如內(nèi)蒙高碑地下水中含有大量的HCO3、- Cl- ，并且砷在天然水體中主要以亞砷酸鹽(As(III)及砷酸鹽 (As(V) 形式存在，地下水則 As(III) 為主。 As(III) 與巰基有很強的親和力，而As(V)和航基親和性不強，因此AsQII)比As(V) 毒性大(鄭鳳英等，20XK 。而同時在娛蚣草對 As(III)和As(V)處理中，由于娛蚣草中碑的形態(tài)主要是無機碑，同時根系中的As分別以As(III)和As(V)為主；而在葉柄和葉片中 As都以As(III)的形態(tài) 為主(Lei&Chen, 20XX)。因為植

16、物根系吸收的As(V)在向上轉(zhuǎn)運的過 程中具有向 As(III) 轉(zhuǎn)化的趨勢, 其轉(zhuǎn)化過程主要發(fā)生在根部。蜈蚣草中50%-78%勺碑分布在羽葉中，并且As(III)比As(V)從根部轉(zhuǎn)移到 羽葉的效率要高(查紅平等，20XX)。娛蚣草在將As(V)還原為As(III) 的過程產(chǎn)生大量的活性氧， 這些有害物質(zhì)將會由其體內(nèi)產(chǎn)生的一系列抗氧化物分子和抗氧化酶來清除(涂書新濟朝陽，20XK。Cao等 人研究篇二：開題報告完結(jié)版1裝訂線本科生畢業(yè)論文(設(shè)計)題目 : 系部化學(xué)化工系學(xué)科門類專業(yè)學(xué)號姓名指導(dǎo)教師20XX 年 3 月 15 日 1附件 5：表5合肥師范學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告（學(xué)生

17、用表）裝訂線注：本表不夠可增加空白頁。篇三：全世界已發(fā)現(xiàn)的重金屬超富集植物有500 多種全世界已發(fā)現(xiàn)的重金屬超富集植物有500 多種，其中 360 多種是Ni 的超富集植物。韋朝陽，陳同斌等16 通過野外調(diào)查和栽培實驗，發(fā)現(xiàn)了砷超富集植物娛蚣草。其葉片含As可達(dá)5070mg/kg,在含碑9mg/kg的正常土壤中，蜈蚣草地下部和地上部對砷的生物富集系數(shù)分別高達(dá)71 和80 。韋朝陽等17 發(fā)現(xiàn)了另一種 As 的超富集植物大葉井口邊草，其地上部分平均含 As量為418mg/kg,最大含As量可達(dá)694mg/kg, 生物富集系數(shù)為1.34.8。楊肖娥、 龍新憲等 18 發(fā)現(xiàn)了一種新的 Zn 的超富集

18、植物東南景天，天然條件下東南景天的地上部分 Zn平均含量為4515mg/kg。營養(yǎng)液培養(yǎng)試驗表明，其地上部分含量最高值可達(dá)19674mg/kg。李華和姜理英19 等研究了耐性植物海洲香薷對Cu 的吸收和積累，指出雖然地上部分Cu積累水平未達(dá)到超富集植物的要求，但由于 其生物量大，根系能超富集 Cu,植株Cu總積累較高，可考慮將其用 于Cu污染土壤的植物修復(fù)。李紅艷等20報道菊科植物艾蒿和濱蒿 對Cu也表現(xiàn)出高的富集能力，其中艾蒿地上部分的Cu含量為 91-698mg/kg,濱蒿為42259mg/kg。范稚蓮，莫良玉21在對典型礦區(qū)進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，生長在錳礦區(qū)的狗牙根，香附子和菜蕨中 Mn 的含量分別達(dá)到27514,161