改良植物修复重金属污染的研究进展

本章首先概述了植物修复技术在金属污染场地管理中的应用。然后综述了植物与根际微生物之间的相互作用，因为它们可能影响这些植物技术的潜在成就。通过改变微生物种群（根工程）来修复土壤中的污染物，可以增强或调节植物与微生物的相互作用。根茎工程是一种植物修复的创新方法。

植物修复的成功在很大程度上取决于植物种类。此外，土壤中铅的生物有效性被认为是限制植物提取效率的关键因素。研究了不同的生物、物理和化学方法，包括添加螯合剂，如EDTA和其他生物降解螯合剂。在土壤中没有添加螯合剂的情况下，只有少数物种能够达到铅超积累状态。相比之下，一些研究表明，与单独使用铅处理的植物相比，使用EDTA补充铅的植物能够在枝条中吸收十几到一百倍的铅。添加螯合剂并应用电流或植物生长调节剂，可能会大大提高土壤和/或植物生物量中铅的生物有效性，从而最终提高植物提取的效率。在Pb+EDTA处理的植物中，在胡枝子和大叶胡枝子根细胞的细胞壁、液泡和质膜上以不同的方式（针状、颗粒状和细沉淀）发现了超微结构水平的铅沉积。这些可能与植物中铅螯合物的运输和解毒有关。

一氧化氮（NO）是哺乳动物和植物生理学中一种重要的信号分子。过去十年来，许多研究通过实验支持了以溶液为基础的NO供体形式外源应用NO的观点，例如硝普钠（SNP）可以抵消植物中重金属的毒性。然而，最近的一些研究似乎也对此提出了质疑。此外，似乎还没有对外源性施用NO改善植物重金属毒性的实际或农业意义进行任何评估，特别是在萌发后幼苗生长期间。对相关研究的主要特征进行了批判性审查。所讨论的与在发芽后生长期间对幼苗施用NO和重金属处理的研究有关的问题也可能与其他植物生长和发育阶段的研究有关。因此，外源施用NO缓解植物重金属毒性的农业意义尚待确定。

砷和铬等重金属的环境暴露已成为世界范围内的一个严重问题。一些植物物种金属超积累知识的最新进展已经认识到植物提取是使用超积累植物的一个前景。本文列举了蕨类植物提取金属的研究进展，重点介绍了砷超积累植物虎尾蕨。还讨论了蕨类植物有效修复应用的附加值研发范围。

为了能够成功地使用植物修复实践，有必要了解金属在土壤覆盖系统中的行为和归宿。金属超积累植物，如芸苔科的Thlaspi caerulescens，由于其生理、形态和遗传特性，以及与拟南芥的密切关系，为研究金属吸收、运输、积累和耐受的生理和分子机制提供了一个很好的模型，一般植物参考种。在本章中，将简要回顾在阐明金合欢（一种锌、镉和镍超积累动物模型）及其相关的T.praecox（一种镉和锌超积累动物）中金属超积累的分子和生理机制方面取得的进展。特别强调镉的过度积累以及Thlaspi spp.与共生丛枝菌根真菌的相互作用，因为这些主题仍需要更深入的研究。

受有毒重金属污染的土壤对公众健康造成严重危害。土壤重金属的植物提取是一种潜在的绿色、环保和可持续技术。在特定的富含金属的栖息地中发现了天然存在的金属超积累植物，但它们不适合用于实际的植物提取目的。基因工程是一项强大的技术，可以提高非超积累植物的植物提取潜力，这些植物与天然存在的金属超积累植物相比还有许多其他可取的属性。本章讨论了拟南芥（Arabidopsis thaliana）（一种非重金属超积累植物）在植物接触过量土壤有毒金属时，不同金属抗性相关基因如何运作的新见解。结论是，以这种方式使用拟南芥对基因工程非常有用，可以增强非超积累植物对土壤重金属的植物提取。

杨树和柳树广泛用于污染场地的植物管理。我们回顾了杨树和柳树植物管理的相关过程，旨在阐明知识差距和肥沃地区，以供未来研究。杨树和柳树是快速生长的树种，它们的高耗水量和受污染基质的稳定性降低了污染物的流动性。这些树木根际的根系分泌物和微生物促进了一些有机污染物的降解。一些克隆体积累了有毒的微量元素，如镉，从而促进了它们进入食物链。使用杨树和柳树进行植物管理可以产生生物质产品，如木材、生物能源、精油、有机覆盖物和饲料。这些抵消了操作成本。利用这些物种的自然遗传变异和微生物共生体，可以极大地提高植物管理系统的性能。一个关键的未知因素是深根杨树对土壤异质性的反应，这可能会促进或减少污染物的流动性。