大氣污染的植物修復(fù)

大氣污染

的植物修復(fù)王璐02130136背景介紹個案研究污染物的毒害作用前景植物修復(fù)機(jī)理影響因素植物抗逆性主要內(nèi)容植物修復(fù)ONETWOTHREEFOURFIVESIXSEVEN隨著世界各地工業(yè)化、

城市化和現(xiàn)代化的迅速發(fā)展，大氣污染已成為人類無法回避的現(xiàn)實問題。大氣中一次污染物與二次污染物的復(fù)合污染，有機(jī)污染物與無機(jī)污染物的混合污染和顆粒物、顆粒攜帶污染物與氣態(tài)污染物的交織污染，已直接或間接地威脅到了陸地生態(tài)系統(tǒng)和人類自身的健康與生存。C:\Users\lenovo\Desktop\1859936-102-1430[1].mp4一.背景介紹

二.污染物的毒害作用大氣污染物主要包括：懸浮顆粒物（SPM），二氧化硫，氮氧化物，一氧化碳，碳?xì)浠衔?，鹵素化合物以及有害微生物等。就其性質(zhì)而言，大氣污染可分為物理性污染，化學(xué)性污染與生物性污染三種類。不同的污染物對人類的健康危害是不同的，它們會通過損傷肺臟和呼吸系統(tǒng)或進(jìn)入血液和其他部位對人類造成危害。本章主要討論一下三種污染物的危害：硫氧化物（SO2)氮氧化物（NO2)懸浮顆粒物（SPM)2.1SO2大氣中SO2中大約95%是由人類活動產(chǎn)生的，其中化石燃料的燃燒大概占到80%。S02毒性較大,并具有腐蝕性和分散性,易揮發(fā)。人類健康植物其它0.2ppm時,會引起呼吸系統(tǒng)和心血管的疾病20ppm時使人咳嗽、流淚100ppm造成胸痛和呼吸困難

400一500ppm時,立即引起嚴(yán)重中毒、窒息死亡低濃度，對植物有益。濃度達(dá)到0.28ppm后,有毒性作用，可改變植物組織內(nèi)的pH值,使之凋謝并嚴(yán)重減產(chǎn)可氧化成酸霧或成為硫酸鹽微粒,對金屬及建筑材料有腐蝕0.lppm,大氣的可見度將降到3km,會影響航空、天文觀測和太陽照射2.2NO2NO2主要來自車輛廢氣，火力發(fā)電站，其它工業(yè)的燃料燃燒，硝酸，氮肥，炸藥的工業(yè)生產(chǎn)過程。它在大氣中易與水氣反應(yīng)生成硝酸氣，是大氣的重要酸性物質(zhì)，也是酸雨形成的原因之一。環(huán)境效應(yīng)：對濕地和陸生植物物種之間競爭與組成變化的影響，大氣能見度的降低，地表水的酸化，富營養(yǎng)化，以及增加水體中有害于魚類和其它水生生物的毒素含量。

NO2的光解是光化學(xué)煙霧形成的起始反應(yīng)，它是大氣的碳?xì)浠衔铮℉C）和氮氧化物（NOx）在陽光（紫外光）作用下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成的混合物，所形成的煙霧污染現(xiàn)象。二氧化氮對人體的危害很大，即使暴露于二氧化氮的時間很短，肺功能也會受到損害；如果長時間暴露于二氧化氮，呼吸道感染的機(jī)會就會增加，而且可能導(dǎo)致肺部永久性器質(zhì)性病變。2.3SPM（懸浮顆粒物）定義來源分類危害懸浮在大氣中的固體、液體顆粒狀物質(zhì)（或稱氣溶膠）的總稱人為來源：化石燃料燃燒；工業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)粉塵、金屬，水泥塵；汽車、飛機(jī)排氣等。天然來源：土壤塵、火山灰、森林火災(zāi)灰、海鹽粒一次顆粒物二次顆粒物影響人體健康大氣能見度降低具有腐蝕性三.植物修復(fù)機(jī)理植物修復(fù)(Phytoremediation)是利應(yīng)用范圍廣對環(huán)境擾動小有利于改善生態(tài)環(huán)境修復(fù)成本較低修復(fù)具選擇性染物進(jìn)行清除、分解、吸收或吸附,使污染環(huán)境得以恢復(fù)的科學(xué)與技術(shù)。用植物和共存微生物與環(huán)境之間的相互作用,對環(huán)境污植物吸附與吸收植物降解2

植物轉(zhuǎn)化

植物同化和超同化1343.1植物吸附與吸收植物對于污染物的吸附與吸收主要發(fā)生在地上部分的表面及葉片的氣孔。在很大程度上，吸附是一種物理性過程，其與植物表面的結(jié)構(gòu)如葉片形態(tài)、粗糙程度、葉片著生角度和表面的分泌物有關(guān)。吸收有兩種方式,一種是植物用枝干表面吸收氣體分子和固體顆粒;另一種為葉內(nèi)積累,即植物利用其葉面皮孔直接吸收并儲存有害氣體,尤其是當(dāng)濕度增大時,植物對可溶性氣體的吸收量也大大增加。另外,由于光照條件可以控制葉片氣孔的開閉,顯著地影響植物生理活動,因而對植物吸收污染物有較大的影響。

3.2植物降解植物降解植物降解是指植物通過代謝過程來降解污染物或通過植物自生的物質(zhì)如酶類來分解外來污染物的過程。定義酶分類能直接降解有機(jī)污染物的酶類主要為：脫鹵酶、硝基還原酶、過氧化物酶、漆酶腈水解酶等基因工程對于一些在植物體內(nèi)較難降解的污染物如PCBs(多氯聯(lián)苯），可將動物或微生物體內(nèi)能降解這些污染物的基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)。3.3植物轉(zhuǎn)化植物轉(zhuǎn)化是指利用植物的生理過程將污染物由一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種形態(tài)的過程。植物轉(zhuǎn)化過程與植物降解過程有一定的區(qū)別，因為轉(zhuǎn)化后的污染物分子結(jié)構(gòu)不一定比轉(zhuǎn)化前的更簡單。轉(zhuǎn)化后產(chǎn)物還有可能比轉(zhuǎn)化前物質(zhì)具更高或更低的生物毒性，但一般對植物本身無毒或低毒。對于這兩種不同的轉(zhuǎn)化結(jié)果，毒性提高的可稱之為植物增毒作用，毒性降低的稱之為植物解毒作用。如何防止植物增毒和如何強(qiáng)化植物解毒是利用植物轉(zhuǎn)化修復(fù)大氣污染物的關(guān)鍵。3.4植物同化和超同化植物同化超同化超同化植物可將含有植物所需營養(yǎng)元素的大氣污染物如氮氧化合物、硫氧化

合物等，作為營養(yǎng)物質(zhì)源高效吸收與同化，同時促進(jìn)自身的生長。這種

現(xiàn)象也可稱為超同化作用。植物同化是指植物對含有植物營養(yǎng)元素的污染物的吸收，并同化到自身物質(zhì)組成中，促進(jìn)植物體自身生長的現(xiàn)象植物可以有效地吸收空氣中的SO2，并迅速將其轉(zhuǎn)化為亞硫酸鹽至硫酸鹽，再加以同化利用。從天然植物中篩選或通過基因工程手段培育“超同化植物”及其理論和技術(shù)的發(fā)展是今后一個重要而有應(yīng)用前景的研究工作。Omasa提出了具有超吸收和代謝大氣污染物能力的天然或轉(zhuǎn)基因的超同化植物的概念。植物對SO2的吸收和同化作用C:\Users\lenovo\Desktop\大氣污染的植物修復(fù).doc植物對NO2的吸收和同化作用C:\Users\lenovo\Desktop\大氣污染的植物修復(fù).doc四.植物抗逆性植物的抗逆性是指植物具有的抵抗不利環(huán)境的某些性狀；如抗寒，抗旱，抗鹽，抗病蟲害等。自然界一種植物出現(xiàn)的優(yōu)良抗逆性狀，在自然界條件下很難轉(zhuǎn)移到其他種類的植物體內(nèi)，主要是因為不同種植物間存在著生殖隔離。

避逆性（stressavoidance）

耐逆性（stresstolerance）植物的抗逆性的分類避逆性指在環(huán)境脅迫和它們所要作用的活體之間在時間或空間上設(shè)置某種障礙從而完全或部分避開不良環(huán)境脅迫的作用。例如夏季生長的植物不會遇到結(jié)冰的天氣，沙漠中的植物只在雨季生長等。耐逆性指活體承受了全部或部分不良環(huán)境脅迫的作用，但沒有或只引起相對較小的傷害。一種植物可能有多種抗逆方式，并由于植物處于不同的生長發(fā)育階段，不同的生理狀態(tài)，不良環(huán)境脅迫作用的不同強(qiáng)弱或幾個環(huán)境因子的共同作用，植物的抗逆性方式是可變的，而且相互間的界限也不清楚。不同植物吸收和吸附污染物的能力是不同,它與植物的生化,生理指標(biāo)和形態(tài)特征有關(guān)。隨著植物被作為吸收和吸附污染物的一個工具，沿街種樹是減輕城市污染的一個非常重要的手段，因此,應(yīng)該依據(jù)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)來選擇用來減少污染物排放的植物種類。一般來說,自然界有以下四種植物類型：少吸收,很大的耐受力（容忍性好）

這種類型的植物有很強(qiáng)的抵抗力,可以生長在污染嚴(yán)重的地區(qū)。吸收好，耐受力好(容忍性好)這些類型的植物是最適合的，能對空氣污染有一個緩沖的作用。吸收少，耐受力較弱（容忍性差）這種類型的植物抵抗力薄弱,不能生長在污染區(qū)域。吸收好，耐受力差（容忍性差）這種植物幾乎沒有抵抗力,他們不能生長在需要緩解的污染地區(qū),但可以被用作指示物種。植物對污染物的抵抗力的程度取決于吸收與耐受之間的平衡。吸收和耐受力與污染物的濃度有關(guān)。大部分的植物,當(dāng)暴露在較高的濃度的空氣污染物中時,會阻止污染物的進(jìn)入。有些植物,像花生和番茄,在接觸到SO2時會迅速關(guān)閉氣孔,因此來減少SO2進(jìn)入。這些植物耐受SO2,尤其是在接觸高濃度的二氧化硫的情況下。

黃樺在二氧化硫存在時氣孔關(guān)閉,是一種有效的抵制避免機(jī)制。研究者發(fā)現(xiàn),007ppm二氧化硫會導(dǎo)致凈光合作用進(jìn)入蕭條期，總計約19%,在蒸騰損失46%。0.07ppm的主要影響二氧化硫在氣孔中的運動，很少影響二氧化硫進(jìn)入后內(nèi)部阻力。所以有專家建議如果在沒有其他光合作用干擾的情況下，由SO2引起的氣孔關(guān)閉可能代表一個機(jī)制。NOTICE五.影響植物耐受性的因素耐受性抵抗外界污染物的性能形態(tài)特征細(xì)胞液PH葉綠素含量抗壞血酸含量相對含水量硝酸還原酶5.1形態(tài)特征在確定植物對污染物抵抗性能力的時候，植物的形態(tài)特征是非常重要的一個因素，它的特征，比如像內(nèi)陷氣孔，厚角質(zhì)層，小而密集的細(xì)胞和細(xì)胞壁的栓化作用等等。這些都可以阻止污染物進(jìn)入葉子和細(xì)胞。污染物質(zhì)也能導(dǎo)致角質(zhì)層蠟的侵蝕（細(xì)胞表皮蠟質(zhì)），它能像一個柵欄一樣通過葉片表皮阻止污染物進(jìn)入，因此，就空氣污染的侵蝕效應(yīng)來說，蠟質(zhì)角質(zhì)層對于植物抵抗外界污染是一個非常重要的因素。5.2細(xì)胞液PH321酸性污染氣體能夠改變細(xì)胞內(nèi)的PH和緩沖能力，細(xì)胞緩沖容量是指細(xì)胞總的緩沖濃度，酸在一周內(nèi)的離解常數(shù)以及PH的價值。較低PH情況下的植物更容易得病，而那些pH值在7附近的植物卻被發(fā)現(xiàn)有更好的耐受性抗壞血酸的活性也是受pH值控制的，在高PH值下活性較高，低PH下活性低,高PH值的葉片提取物可以增加植物對大氣污染的抵抗性。表觀抵抗力植物對SO2的耐受性葉片提取物5.3葉綠素含量葉綠素是綠色植物的主要觸發(fā)分子，對于評估植物的耐受性來說，它的作用是不可小覷的。葉綠素的損耗可以直接降低植物的生產(chǎn)能力，從而使植物枯萎而失去活力，直接影響耐受性。5.4抗壞血酸含量（維生素C)

它是一種活化防御機(jī)制,它可以代替水來參與光反應(yīng)。由

于抗壞血酸在植物新成代謝和抵御外界污染中的多元化作用，它可以作為一個指示植物對抗外界污染的參數(shù)，特別是外界污染壓力，污染物能使植物體內(nèi)的抗壞血酸含量減少，從而對植物的毒性增加，因此，植物容易遭受污染。Malviya(1986)報道，在二氧化硫和抗壞血酸同時存在的情況下，抗壞血酸能夠減輕SO2對植物的危害。5.5相對含水量水是植物生存的先決條件,缺水會對陸生植物的生存造成威脅。正常的水分需求情況可以保證植物的生長和繁殖能力。在污染環(huán)境下,蒸騰速率過高可能會導(dǎo)致植物過分干燥，因此,植物對相對含水量的水平?jīng)Q定了它對大氣污染的耐受性。

5.6硝酸還原酶幾乎所有高等植物都利用硝酸鹽作為氮的來源，大多數(shù)的植物種類都能自己調(diào)節(jié)降低根部與枝芽硝酸鹽的含量，硝酸還原酶是一種能將植物體內(nèi)累積的硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽的活性酶。對于處于NO2環(huán)境下的植物來說，提高硝酸還原酶的活性被認(rèn)為是和積累的硝酸鹽聯(lián)系在一起的，這些硝酸鹽是由溶解在水里的NO2生成的。而且這種酶可以用來標(biāo)記植物是否將吸收的NO2同化了。在NO2污染下，硝酸還原酶的活性越大，植物的耐受力越強(qiáng)。六.植物修復(fù)的前景植物修復(fù)是一項對環(huán)境友好的、技術(shù)要求相對較低的修復(fù)方法，容易為社會民眾接受，而且與傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)相比，成本要低得多。大氣污染的植物修復(fù)理論及技術(shù)將對城市園林綠化、環(huán)境規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有一定指導(dǎo)意義和應(yīng)用價值。大氣污染的植物修復(fù)還處于探索階段，它涉及到植物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、大氣化學(xué)、遺傳學(xué)、環(huán)境保護(hù)學(xué)、生物工程等多學(xué)科知識的交叉和綜合應(yīng)用。今后有許多理論研究和應(yīng)用工作要做，如大氣污染的植物修復(fù)機(jī)理、超同化植物的篩選及植物基因工程的實施、提高植物修復(fù)效率的影響因子、植物修復(fù)的環(huán)境安全性等。隨著研究的深入，植物修復(fù)技術(shù)將為大氣污染治理帶來新希望。努力方向及存在問題STEP07STEP06STEP05重金屬和放射性元素的回收STEP04阻斷污染物沿食物鏈遷移STEP03注重實驗與應(yīng)用的關(guān)聯(lián)與過渡STEP02建立植物修復(fù)安全評價標(biāo)準(zhǔn)STEP01建立超量積累植物數(shù)據(jù)庫探索生長條件與修復(fù)機(jī)理植物基因工程技術(shù)七.個案研究1step研究內(nèi)容在鮮葉樣品葉綠素分析中，主要測試PH值，硝酸還原酶的活動情況，相對含水量和抗壞血酸含量，而干燥的樣品被用于硝酸鹽和硫酸鹽含量估計。為了評價植物的緩解空氣污染物的作用，在勒克瑙（印度北部城市）城開展了一項研究，這個城市分為三個地區(qū)即橫穿Gomit，中央和南部。在每個區(qū)域，不同的十字路口代表不同的擁堵和交通密度，所以需要在不同的季節(jié)分別進(jìn)行空氣的監(jiān)測和植物樣本的收集，以測試出在城市污染最小化的有效性。通過使用來自植物的詳細(xì)生化值估算獲得的數(shù)據(jù)樣品，空氣污染容忍指數(shù)（APTI），二氧化硫容忍指數(shù)（STI）和二氧化氮耐性指數(shù)（NTI），研究者得出三者的換算關(guān)系如下：測試項目

烷烴環(huán)烷烴芳香烴A=葉片抗壞血酸含量（mg/gDW)T=總?cè)~綠素含量（mg/gFW)P=葉提取物的pH值R=相對含水量（%）A=葉片抗壞血酸含量（mg/gDW)T=總?cè)~綠素含量（mg/gFW)P=葉提取物的pH值R=相對含水量（%）S=葉硫酸鹽含量（%）A，P，T，R同上NR=葉硝酸還原酶活性（μ摩爾NO2-/h/gFW)N=葉硝酸鹽含量（mg/gdW)抗壞血酸含量可以通過（T+P）的乘法法則來測量出植物的解毒能力。植物體內(nèi)葉綠素的降解是與兩種細(xì)胞PH有直接關(guān)系的，即高于和低于3.5。當(dāng)PH大于3.5時，超氧自由基通過超氧化歧化酶形成過氧化氫，抗壞血酸在防止葉綠素被過氧化氫誘導(dǎo)損傷中起著重要的作用。因此，植物體內(nèi)需要