ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｚｈｏｕＣｏｌｌｅｇｅ
２００８年１０月第２２卷第５期
Ｏｃｔ．２００８Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．５
镉污染土壤的超积累植物研究进展
王红新
（池州学院资源环境与旅游系，安徽池州２４７０００）
［摘要］文章总结了污染条件下镉超积累植物的生长和富集镉的相关机理，并就镉污染土壤的植物修复研究做了展望：寻找、筛选更多镉超积累集植物；镉富集相关基因识别和克隆；镉超积累植物应用研究以及镉超积累植物后处置与资源化技术开发等。
［关键词］镉；超积累植物；植物修复；土壤［中图分类号］Ｘ５０３
［文献标识码］Ａ
［文章编号］１６７４－１１０２（２００８）０５－００８９－０４
目前，我国受重金属污染的农田土壤约２．５×１０７ｈｍ２，每年被重金属污染的粮食多达１．２×１０７ｔ［１］。
如此大面积的污染土壤采用传统的物理和化学方法均因经济或技术等原因难以实施，目前基本处于未修复状态。由于Ｃｄ污染在土壤环境中表现为具有隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点，使得这种重金属污染土壤的治理和修复成为亟需解决的现实问题。对于具有经济高效、绿色净化和易于后续处理等优点的植物修复技术，其关键是选育出对污染元素有较强吸收能力的超积累植物（ｈｙｐｅｒａｃｃｕ－ｍｕｌａｔｏｒ）。重金属超积累植物是特指在地上部能超
利用超积累量积累一种或几种重金属的一类植物。
植物的超量富集作用以去除污染土壤中超标重金属的植物提取修复技术具有操作简单，经济上和技术上能够大面积实施等优点，是一项十分有前途的修复技术。尽管国际上报道的超积累植物的总数已有几百种之多，但大多是Ｎｉ超积累植物，而且这些超积累植物大多数处于保密状态，并且通过专利等各种方式加以保护。具有我国自主知识产权的超积累植物近年来虽有报道但数量较少，如Ａｓ超积累植物蜈蚣草［２］和大叶井口边草［３］；Ｚｎ超积累植物东南景天［４］；Ｃｄ超积累植物油菜［５］、宝山堇菜［６］、龙葵［７］；Ｍｎ超积累植物商陆［９］，仅Ｐｂ超积累植物土荆芥［８］；为有限的几种，这与我国是一个植物资源十分丰富
所以超积累植物的筛的大国地位是十分不相称的。
选既是植物修复技术的基础研究，同时又具有非常重要的现实意义。
目前，有关超富集植物的衡量标准有３个：一是临界含量标准，即植物茎或叶中重金属达到其临界含量，其中Ｃｄ为１００ｍｇ／ｋｇ［１０］；二是富集系数标准，即富集系数大于１．０，但有时甚至达５０￣１００
三是转移系数标准，即重金属在植物地上ｍｇ／ｋｇ［１１］；
部积累量大于其根部积累量［１２］，同时还需要对它们
有一定的耐受能力。但是，这些已知的超富集植物都不同程度存在着不能同时超量积累多种重金属、生物量较小、生长缓慢，且在基因工程培育理想的超富集植物方面进展也十分缓慢等缺点，从而影响植物修复技术的有效性和广泛应用［１３］。
超积累植物能分泌某些金属结合蛋白和某些特殊有机酸来螯合重金属。一些单子叶植物在缺Ｆｅ条件下能释放植物高铁载体，促进土壤Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ的溶解［１４］。超积累植物也可能分泌金属结合蛋白（类似于金属硫蛋白或植物螯合肽）作为植物的离子载体，还可能分泌某些化合物，促进土壤中金属溶解。万敏等通过对不同镉积累类型小麦根际土壤低分子量有机酸与镉生物积累的研究，证实了植物可以通过分泌有机酸来复合或螯合溶解土壤中的Ｃｄ［１５］。
超积累植物可以还原土壤中的重金属。在根细胞质膜上的专一性金属还原酶作用下，土壤中高价金属离子被还原，溶解性增加。一些植物在缺铁或缺铜条件下，根系还原Ｆｅ３＋或Ｃｕ２＋能力增加，吸收Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ的能力也增加［１６］。此外，Ｆｅ／Ｍｎ水合氧化物的吸附作用影响土壤中重金属的可移动性，当这些氧化物被还原时，则导致吸附的重金属释放［１７］。
１超积累植物超量富集重金属的机理
收稿日期：２００８－０２－２８
作者简介：王红新（１９７９—），女，河北景县人，池州学院资源环境与旅游系讲师，在读博士研究生，主要从事土壤污染环境的生态修复研究。
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池州学院学报第22卷
此外，超积累植物对重金属的吸收具有很强的选择性，只吸收和积累生长介质中一种或几种特异性金属。例如，Ｎｉ超积累的庭荠属植物Ａｌｙｓｓｕｍｂｅｒｔｏｌｏｎｉｉ的地上部分优先积累Ｎｉ，而对Ｃｏ和Ｚｎ
Ｚｎ超积累植物Ｔ．的积累能力差［１８］。同样，
ｃａｅｒｕｌｅｓｃｅｎｓ能够积累营养液中的Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｄ和Ｍｏ，而不能积累Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ和Ｐｂ［１９］。解释这种选择性积累的可能机制是：在金属跨根细胞膜进入根细胞共质体或跨木质部薄壁细胞的质膜进入木质部导管时，由专一性运输体或通道蛋白调控。
量，且地上部Ｃｄ富集系数大于１，同时，与对照相
比，植物的生长未受到抑制。污染区采样分析试验进一步表明，龙葵对Ｃｄ的富集符合Ｃｄ超积累植物的基本特征。
刘威等［２４］通过野外调查和温室试验，发现并证实宝山堇菜（（Ｖｉｏｌａｂａｏｓｈａｎｅｎｓｉｓ）是一种Ｃｄ超富集植物，自然条件下，宝山堇菜地上部Ｃｄ平均含量为１１６８ｍｇ／ｋｇ，变化范围为４６５～２３１０ｍｇ／ｋｇ，地下部分含量为９８１ｍｇ／ｋｇ，变化范围为２３３～１８４６ｍｇ／ｋｇ，符合超积累植物的特征。宝山堇菜的发现为Ｃｄ污染土壤修复方面的研究提供了重要材料，但是它的生物量较小，野外生长的干重估计只有３ｔ／ｈｍ２。所以，如果将其用于Ｃｄ污染土壤的植物修复，有必要进行进一步的研究，诸如利用现代生物技术提高其生物量、增加对Ｃｄ的吸收等。
球果蔊菜是我国农田中比较常见的一种杂草。魏树和等［２５］研究表明，当土壤中Ｃｄ达到２５ｍｇ／ｋｇ时，球果蔊菜在开花期和成熟期叶片中Ｃｄ含量分别为１３１．６ｍｇ／ｋｇ和１５０．１ｍｇ／ｋｇ，地上部Ｃｄ积累量大于其根部积累量，且地上部富集系数大于１．０，具备了超富集植物的基本特征。孙约兵等［２６］采用室外盆栽模拟方法，比较和分析了镉（Ｃｄ）－砷（Ａｓ）复合污染处理对球果蔊菜的生长及其对Ｃｄ、Ａｓ吸收和积累特征的影响。结果表明，球果蔊菜根部对Ａｓ的转吸收能力大于其地上部，相应的富集系数≤０．３，移系数≤０．６，说明球果蔊菜对Ａｓ有一定的排斥作用。这些结果表明，球果蔊菜有很强的忍耐Ｃｄ－Ａｓ复合污染的能力，对修复Ｃｄ－Ａｓ复合污染土壤具有一定的潜力。
国内发现的多金属超富集植物非常少，目前只有圆锥南芥一种。由于污染土壤通常表现为多种金属的复合污染，因此，多金属超富集植物资源对于复合污染土壤的植物修复有着极其重要的意义。汤叶涛等［２７］通过野外调查和营养液培养试验表明，圆锥南芥具有超量富集Ｃｄ、Ｐｂ、Ｚｎ的能力，是国内首种发现的Ｃｄ／Ｐｂ／Ｚｎ多金属超富集植物，它的出现填补了国内多金属超富集植物的空白，为研究植物对多金属的富集、转运、耐性机制提供了新的种质资源。
印度芥菜（Ｂｒａｓｓｉｃａｕｎｃｅａ）是目前筛选出的一种生长快、生物量大的Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂ忍耐—富集型植
研究了印物。苏德纯等［２８］通过根际袋法土培试验，
度芥菜对石灰性土壤中难溶态Ｃｄ的吸收、活化和
结果表明，印度芥菜能活化、吸收石体内累积规律。
灰性土壤中的难溶态Ｃｄ，随着土壤中加入ＣｄＣＯ３
２镉超积累植物的研究动态
超积累植物筛选是重金属污染土壤植物提取修复的基础和核心问题，同时也是污染环境植物修复的难点及前沿。国外关于超积累植物的研究报道较多，但是这些超积累植物大多数申请专利来加以
国内关保护，因此，大部分研究成果处于保密状态。
于镉超积累植物的研究报道还不多，只有几种镉超积累植物，包括东南景天、球果蔊菜、油菜、圆锥南东南景天不仅生物量较大，对Ｃｄ具有芥和龙葵等。
无性繁殖、适于刈割超积累作用，而且具有多年生、
的特点。另外，东南景天不仅具有忍耐高Ｚｎ／Ｃｄ复合污染，而且具有超量积累Ｚｎ和Ｃｄ的特异能力［２０］。它为进一步研究植物Ｚｎ、Ｃｄ超积累的机理和Ｚｎ／Ｃｄ复合污染土壤的植物修复提供了新的材料。李继光等［２１］通过水培试验，研究了氮素水平对超积累植物东南景天植株生长和镉吸收积累的影响。结果表明，氮对东南景天体内镉积累有一定的促进作用，随着氮素用量的增加，体内镉含量逐渐升高，植株的生物量在供氮水平为１６．０ｍｍｏｌ／Ｌ时达到最大值；与生物量不同，镉含量在氮水平３２．０ｍｍｏｌ／Ｌ条件下达到最大。
杂草具有抗逆境能力强、生长迅速、繁殖能力强以及在环境条件适宜情况下生物量能够急剧提高等特点，可以弥补现有超积累植物的某些缺点和
２２，２３］不足，是较理想的超积累植物资源。魏树和等［１２，
以农田杂草为研究对象，采用室外盆栽模拟试验、小区实验以及重金属污染区采样分析试验的方法，对东北沈阳地区２０科５４种田间杂草植物进行重金属耐性及积累能力的全面系统研究，首次发现并证实杂草龙葵（ＳｏｌａｎｕｍｎｉｇｒｕｍＬ。）是一种Ｃｄ超积累植物。其中，盆栽试验表明，在Ｃｄ污染水平为２５ｍｇ／ｋｇ条件下，龙葵茎及叶的Ｃｄ含量分别超过了１００ｍｇ／ｋｇ这一公认Ｃｄ超积累植物应达到的临ＣｄＣｄ含
第5期王红新：镉污染土壤的超积累植物研究进展９１
量的增加，印度芥菜地上部和根系中Ｃｄ含量显著
增加，且印度芥菜吸收的Ｃｄ７０％以上累积在地上部。王激清等［２９］通过模拟镉污染土壤的土培试验，研究３个芥菜型油菜品种的累积镉特征及对镉污染土壤的修复效率。结果表明：当土壤镉含量为８０ｍｇ／ｋｇ时，油菜川油Ⅱ－１０的地上部镉含量达１２０ｍｇ／ｋｇ以上，显著高于印度芥菜，具有明显的镉超积累特征和修复镉污染土壤的能力。印度芥菜有很强的地域性，我国很难大面积种植，油菜是中国主要农作物之一，其中芥菜型油菜和印度芥菜是同属同种植物，又有迹象表明某些油菜在修复镉污染土壤的能力有可能超过印度芥菜［３０］。王激清等［３１］在石灰性土壤加入ＣｄＣＯ３条件下，通过温室土培盆栽试验研究印度芥菜和油菜互作对各自吸收土壤中难溶态镉的影响。试验结果表明，印度芥菜和油菜互作时，印度芥菜对养分的竞争能力强，油菜由于根际土壤溶液中的有效态镉含量增加或对养分的竞争能力弱。印度芥莱的根系有很强的活化能力，和油菜互作时可提高植物提取修复难溶态镉污染土壤的能力。
目前，国外关于镉超积累植物的报道大致有３种。Ｓ．Ｐ．ＭｃＧｒａｔｈ等［３２］做了田间试验来研究在不同播种方式和不同生长季节添加金属促提取剂对遏蓝菜和Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｈａｌｌｅｒｉ从土壤中吸收Ｃｄ和Ｚｎ的影响。不对遏蓝菜施加金属促提取剂，遏蓝菜在生长１４个月的条件下，除去了土壤中Ｃｄ总量的２１．７％和Ｚｎ总量的４．４％，研究结果表明，遏蓝菜是土壤中Ｃｄ的有效超积累植物。土壤特征对植物修复植物遏蓝菜有什么样的影响目前还不清楚。ＪｕｎｔａＹａｎａｉ等［３３］调查了在一种受Ｃｄ污染的土壤类型上土壤ｐＨ和Ｃｄ浓度对植物吸收Ｃｄ的影响。在全Ｃｄ浓度为０．６～３．７ｍｇ／ｋｇ的条件下，遏蓝菜在ｐＨ范围为５．１～７．６的土壤中比在ｐＨ范围为４．４的土壤中植株的生物量更大，在土壤ｐＨ为５．１时，植物中Ｃｄ浓度（２３６ｍｇ／ｋｇ）和Ｃｄ吸收量２２８ｇ／ｐｏｔ都达到最大。分析表明，土壤ｐＨ较低时（ｐＨ＜５），土壤结构更粗糙，土壤中的Ｃｄ更易被遏蓝菜吸收。Ｅｃｈｉｎｏｃｈｌｏａｐｏｌｙｓｔａｃｈｙａ是国外最新发现的一种镉超积累植物，目前在国内还未见任何报道。Ｅｃｈｉｎｏｃｈｌｏａｐｏｌｙｓｔａｃｈｙａ是一种生长迅速的禾本科牧草，常见于热带地区被油类污染过的含有大量重金属的土壤中。不过，它能够忍耐重金属、富集重金属的特性已经为人们所了解。Ｆ．Ａ．Ｓｏｌ＇ｓ－ＤｏｍＩｎｇｕｅｚ等［３４］
试验证实了Ｅｃｈｉｎｏｃｈｌｏａｐｏｌｙｓｔａｃｈｙａ可以富集高。Ｃｄ
（Ｃｄ２＋）浓度（０，０．２５，１，２，１０，５０，１００ｍｇ／Ｌ１）下。在任一Ｃｄ浓度下，都没有观察到植物的中毒症状。茎和叶子部分的Ｃｄ浓度为２９９±１３．９３和２３３±８．７７ｍｇ／ｋｇ（植物的干重）。研究表明，Ｅ．ｃｈｉｎｏｃｈｌｏａｐｏｌｙｓｔａｃｈｙａ是一种镉超积累植物。
３问题与展望
尽管镉超积累植物在修复重金属污染土壤方面表现出很大潜力，但仍存在许多不足：（１）大部分镉超积累植物个体矮小，生长缓慢，生物量少，修复效率低；（２）已发现的镉超积累植物（例如东南
成矿作用带或由富含某种或景天）多数在矿山区、
某些化学元素的岩石风化而成的地表土壤中，因而
常表现出较窄的生态适应性和特有的生态型；（３）处理镉超积累植物也是一个棘手问题，刑前国等［３５］研究表明，富含Ｃｄ、Ｐｂ的超积累植物采用焚烧、直接利用底灰来冶炼回收不可行，烟气中的Ｃｄ、Ｐｂ
植物器官往往会通过腐可能产生二次污染。此外，
烂、落叶等途径使重金属重返土壤，因此必须在植
物落叶前收割并处理这些植物器官。因此，今后的研究重点应该在以下三个方面：
（１）镉富集相关基因识别和克隆通过分子生物学技术鉴别镉超富集相关基因，并应用基因工程技术培育出高产、高效和可富集多种重金属的转基因植物，可以克服天然镉超富集植物生长慢、生物量低和适应环境能力差等不足，是植物修复技术一个很有价值的研究方向。
（２）镉超富集植物应用研究镉的植物修复与
植砷在土壤中的形态和土壤性质、成分密切相关；
物生长也受其生长环境（包括气候和根系周围营养、水、热条件、ｐＨ值等）的影响。研究上述因素对环境中镉的植物修复的影响，并通过物理、化学和生物方法强化植物修复。同时，合理刈割镉超富集植物的地上部分，也有利于提高镉的修复效果。
（３）镉超富集植物收割后的处置与资源化技术开发镉超富集植物收割后，仅仅是将镉从环境转移到植物体中，收割的植物体如处置不合理，将产
如何处置、利用这生二次污染，成为新的固体废物。
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［责任编辑：胡文海］
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［文章编号］１６７４－１１０２（２００８）０５－００８９－０４
目前，我国受重金属污染的农田土壤约２．５×１０７ｈｍ２，每年被重金属污染的粮食多达１．２×１０７ｔ［１］。
如此大面积的污染土壤采用传统的物理和化学方法均因经济或技术等原因难以实施，目前基本处于未修复状态。由于Ｃｄ污染在土壤环境中表现为具有隐蔽性、长期性和不可逆转性的特点，使得这种重金属污染土壤的治理和修复成为亟需解决的现实问题。对于具有经济高效、绿色净化和易于后续处理等优点的植物修复技术，其关键是选育出对污染元素有较强吸收能力的超积累植物（ｈｙｐｅｒａｃｃｕ－ｍｕｌａｔｏｒ）。重金属超积累植物是特指在地上部能超
利用超积累量积累一种或几种重金属的一类植物。
植物的超量富集作用以去除污染土壤中超标重金属的植物提取修复技术具有操作简单，经济上和技术上能够大面积实施等优点，是一项十分有前途的修复技术。尽管国际上报道的超积累植物的总数已有几百种之多，但大多是Ｎｉ超积累植物，而且这些超积累植物大多数处于保密状态，并且通过专利等各种方式加以保护。具有我国自主知识产权的超积累植物近年来虽有报道但数量较少，如Ａｓ超积累植物蜈蚣草［２］和大叶井口边草［３］；Ｚｎ超积累植物东南景天［４］；Ｃｄ超积累植物油菜［５］、宝山堇菜［６］、龙葵［７］；Ｍｎ超积累植物商陆［９］，仅Ｐｂ超积累植物土荆芥［８］；为有限的几种，这与我国是一个植物资源十分丰富
所以超积累植物的筛的大国地位是十分不相称的。
选既是植物修复技术的基础研究，同时又具有非常重要的现实意义。
目前，有关超富集植物的衡量标准有３个：一是临界含量标准，即植物茎或叶中重金属达到其临界含量，其中Ｃｄ为１００ｍｇ／ｋｇ［１０］；二是富集系数标准，即富集系数大于１．０，但有时甚至达５０￣１００
三是转移系数标准，即重金属在植物地上ｍｇ／ｋｇ［１１］；
部积累量大于其根部积累量［１２］，同时还需要对它们
有一定的耐受能力。但是，这些已知的超富集植物都不同程度存在着不能同时超量积累多种重金属、生物量较小、生长缓慢，且在基因工程培育理想的超富集植物方面进展也十分缓慢等缺点，从而影响植物修复技术的有效性和广泛应用［１３］。
超积累植物能分泌某些金属结合蛋白和某些特殊有机酸来螯合重金属。一些单子叶植物在缺Ｆｅ条件下能释放植物高铁载体，促进土壤Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ的溶解［１４］。超积累植物也可能分泌金属结合蛋白（类似于金属硫蛋白或植物螯合肽）作为植物的离子载体，还可能分泌某些化合物，促进土壤中金属溶解。万敏等通过对不同镉积累类型小麦根际土壤低分子量有机酸与镉生物积累的研究，证实了植物可以通过分泌有机酸来复合或螯合溶解土壤中的Ｃｄ［１５］。
超积累植物可以还原土壤中的重金属。在根细胞质膜上的专一性金属还原酶作用下，土壤中高价金属离子被还原，溶解性增加。一些植物在缺铁或缺铜条件下，根系还原Ｆｅ３＋或Ｃｕ２＋能力增加，吸收Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ的能力也增加［１６］。此外，Ｆｅ／Ｍｎ水合氧化物的吸附作用影响土壤中重金属的可移动性，当这些氧化物被还原时，则导致吸附的重金属释放［１７］。
１超积累植物超量富集重金属的机理
收稿日期：２００８－０２－２８
作者简介：王红新（１９７９—），女，河北景县人，池州学院资源环境与旅游系讲师，在读博士研究生，主要从事土壤污染环境的生态修复研究。
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此外，超积累植物对重金属的吸收具有很强的选择性，只吸收和积累生长介质中一种或几种特异性金属。例如，Ｎｉ超积累的庭荠属植物Ａｌｙｓｓｕｍｂｅｒｔｏｌｏｎｉｉ的地上部分优先积累Ｎｉ，而对Ｃｏ和Ｚｎ
Ｚｎ超积累植物Ｔ．的积累能力差［１８］。同样，
ｃａｅｒｕｌｅｓｃｅｎｓ能够积累营养液中的Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｄ和Ｍｏ，而不能积累Ａｇ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ和Ｐｂ［１９］。解释这种选择性积累的可能机制是：在金属跨根细胞膜进入根细胞共质体或跨木质部薄壁细胞的质膜进入木质部导管时，由专一性运输体或通道蛋白调控。
量，且地上部Ｃｄ富集系数大于１，同时，与对照相
比，植物的生长未受到抑制。污染区采样分析试验进一步表明，龙葵对Ｃｄ的富集符合Ｃｄ超积累植物的基本特征。
刘威等［２４］通过野外调查和温室试验，发现并证实宝山堇菜（（Ｖｉｏｌａｂａｏｓｈａｎｅｎｓｉｓ）是一种Ｃｄ超富集植物，自然条件下，宝山堇菜地上部Ｃｄ平均含量为１１６８ｍｇ／ｋｇ，变化范围为４６５～２３１０ｍｇ／ｋｇ，地下部分含量为９８１ｍｇ／ｋｇ，变化范围为２３３～１８４６ｍｇ／ｋｇ，符合超积累植物的特征。宝山堇菜的发现为Ｃｄ污染土壤修复方面的研究提供了重要材料，但是它的生物量较小，野外生长的干重估计只有３ｔ／ｈｍ２。所以，如果将其用于Ｃｄ污染土壤的植物修复，有必要进行进一步的研究，诸如利用现代生物技术提高其生物量、增加对Ｃｄ的吸收等。
球果蔊菜是我国农田中比较常见的一种杂草。魏树和等［２５］研究表明，当土壤中Ｃｄ达到２５ｍｇ／ｋｇ时，球果蔊菜在开花期和成熟期叶片中Ｃｄ含量分别为１３１．６ｍｇ／ｋｇ和１５０．１ｍｇ／ｋｇ，地上部Ｃｄ积累量大于其根部积累量，且地上部富集系数大于１．０，具备了超富集植物的基本特征。孙约兵等［２６］采用室外盆栽模拟方法，比较和分析了镉（Ｃｄ）－砷（Ａｓ）复合污染处理对球果蔊菜的生长及其对Ｃｄ、Ａｓ吸收和积累特征的影响。结果表明，球果蔊菜根部对Ａｓ的转吸收能力大于其地上部，相应的富集系数≤０．３，移系数≤０．６，说明球果蔊菜对Ａｓ有一定的排斥作用。这些结果表明，球果蔊菜有很强的忍耐Ｃｄ－Ａｓ复合污染的能力，对修复Ｃｄ－Ａｓ复合污染土壤具有一定的潜力。
国内发现的多金属超富集植物非常少，目前只有圆锥南芥一种。由于污染土壤通常表现为多种金属的复合污染，因此，多金属超富集植物资源对于复合污染土壤的植物修复有着极其重要的意义。汤叶涛等［２７］通过野外调查和营养液培养试验表明，圆锥南芥具有超量富集Ｃｄ、Ｐｂ、Ｚｎ的能力，是国内首种发现的Ｃｄ／Ｐｂ／Ｚｎ多金属超富集植物，它的出现填补了国内多金属超富集植物的空白，为研究植物对多金属的富集、转运、耐性机制提供了新的种质资源。
印度芥菜（Ｂｒａｓｓｉｃａｕｎｃｅａ）是目前筛选出的一种生长快、生物量大的Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂ忍耐—富集型植
研究了印物。苏德纯等［２８］通过根际袋法土培试验，
度芥菜对石灰性土壤中难溶态Ｃｄ的吸收、活化和
结果表明，印度芥菜能活化、吸收石体内累积规律。
灰性土壤中的难溶态Ｃｄ，随着土壤中加入ＣｄＣＯ３
２镉超积累植物的研究动态
超积累植物筛选是重金属污染土壤植物提取修复的基础和核心问题，同时也是污染环境植物修复的难点及前沿。国外关于超积累植物的研究报道较多，但是这些超积累植物大多数申请专利来加以
国内关保护，因此，大部分研究成果处于保密状态。
于镉超积累植物的研究报道还不多，只有几种镉超积累植物，包括东南景天、球果蔊菜、油菜、圆锥南东南景天不仅生物量较大，对Ｃｄ具有芥和龙葵等。
无性繁殖、适于刈割超积累作用，而且具有多年生、
的特点。另外，东南景天不仅具有忍耐高Ｚｎ／Ｃｄ复合污染，而且具有超量积累Ｚｎ和Ｃｄ的特异能力［２０］。它为进一步研究植物Ｚｎ、Ｃｄ超积累的机理和Ｚｎ／Ｃｄ复合污染土壤的植物修复提供了新的材料。李继光等［２１］通过水培试验，研究了氮素水平对超积累植物东南景天植株生长和镉吸收积累的影响。结果表明，氮对东南景天体内镉积累有一定的促进作用，随着氮素用量的增加，体内镉含量逐渐升高，植株的生物量在供氮水平为１６．０ｍｍｏｌ／Ｌ时达到最大值；与生物量不同，镉含量在氮水平３２．０ｍｍｏｌ／Ｌ条件下达到最大。
杂草具有抗逆境能力强、生长迅速、繁殖能力强以及在环境条件适宜情况下生物量能够急剧提高等特点，可以弥补现有超积累植物的某些缺点和
２２，２３］不足，是较理想的超积累植物资源。魏树和等［１２，
以农田杂草为研究对象，采用室外盆栽模拟试验、小区实验以及重金属污染区采样分析试验的方法，对东北沈阳地区２０科５４种田间杂草植物进行重金属耐性及积累能力的全面系统研究，首次发现并证实杂草龙葵（ＳｏｌａｎｕｍｎｉｇｒｕｍＬ。）是一种Ｃｄ超积累植物。其中，盆栽试验表明，在Ｃｄ污染水平为２５ｍｇ／ｋｇ条件下，龙葵茎及叶的Ｃｄ含量分别超过了１００ｍｇ／ｋｇ这一公认Ｃｄ超积累植物应达到的临ＣｄＣｄ含
第5期王红新：镉污染土壤的超积累植物研究进展９１
量的增加，印度芥菜地上部和根系中Ｃｄ含量显著
增加，且印度芥菜吸收的Ｃｄ７０％以上累积在地上部。王激清等［２９］通过模拟镉污染土壤的土培试验，研究３个芥菜型油菜品种的累积镉特征及对镉污染土壤的修复效率。结果表明：当土壤镉含量为８０ｍｇ／ｋｇ时，油菜川油Ⅱ－１０的地上部镉含量达１２０ｍｇ／ｋｇ以上，显著高于印度芥菜，具有明显的镉超积累特征和修复镉污染土壤的能力。印度芥菜有很强的地域性，我国很难大面积种植，油菜是中国主要农作物之一，其中芥菜型油菜和印度芥菜是同属同种植物，又有迹象表明某些油菜在修复镉污染土壤的能力有可能超过印度芥菜［３０］。王激清等［３１］在石灰性土壤加入ＣｄＣＯ３条件下，通过温室土培盆栽试验研究印度芥菜和油菜互作对各自吸收土壤中难溶态镉的影响。试验结果表明，印度芥菜和油菜互作时，印度芥菜对养分的竞争能力强，油菜由于根际土壤溶液中的有效态镉含量增加或对养分的竞争能力弱。印度芥莱的根系有很强的活化能力，和油菜互作时可提高植物提取修复难溶态镉污染土壤的能力。
目前，国外关于镉超积累植物的报道大致有３种。Ｓ．Ｐ．ＭｃＧｒａｔｈ等［３２］做了田间试验来研究在不同播种方式和不同生长季节添加金属促提取剂对遏蓝菜和Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｈａｌｌｅｒｉ从土壤中吸收Ｃｄ和Ｚｎ的影响。不对遏蓝菜施加金属促提取剂，遏蓝菜在生长１４个月的条件下，除去了土壤中Ｃｄ总量的２１．７％和Ｚｎ总量的４．４％，研究结果表明，遏蓝菜是土壤中Ｃｄ的有效超积累植物。土壤特征对植物修复植物遏蓝菜有什么样的影响目前还不清楚。ＪｕｎｔａＹａｎａｉ等［３３］调查了在一种受Ｃｄ污染的土壤类型上土壤ｐＨ和Ｃｄ浓度对植物吸收Ｃｄ的影响。在全Ｃｄ浓度为０．６～３．７ｍｇ／ｋｇ的条件下，遏蓝菜在ｐＨ范围为５．１～７．６的土壤中比在ｐＨ范围为４．４的土壤中植株的生物量更大，在土壤ｐＨ为５．１时，植物中Ｃｄ浓度（２３６ｍｇ／ｋｇ）和Ｃｄ吸收量２２８ｇ／ｐｏｔ都达到最大。分析表明，土壤ｐＨ较低时（ｐＨ＜５），土壤结构更粗糙，土壤中的Ｃｄ更易被遏蓝菜吸收。Ｅｃｈｉｎｏｃｈｌｏａｐｏｌｙｓｔａｃｈｙａ是国外最新发现的一种镉超积累植物，目前在国内还未见任何报道。Ｅｃｈｉｎｏｃｈｌｏａｐｏｌｙｓｔａｃｈｙａ是一种生长迅速的禾本科牧草，常见于热带地区被油类污染过的含有大量重金属的土壤中。不过，它能够忍耐重金属、富集重金属的特性已经为人们所了解。Ｆ．Ａ．Ｓｏｌ＇ｓ－ＤｏｍＩｎｇｕｅｚ等［３４］
试验证实了Ｅｃｈｉｎｏｃｈｌｏａｐｏｌｙｓｔａｃｈｙａ可以富集高。Ｃｄ
（Ｃｄ２＋）浓度（０，０．２５，１，２，１０，５０，１００ｍｇ／Ｌ１）下。在任一Ｃｄ浓度下，都没有观察到植物的中毒症状。茎和叶子部分的Ｃｄ浓度为２９９±１３．９３和２３３±８．７７ｍｇ／ｋｇ（植物的干重）。研究表明，Ｅ．ｃｈｉｎｏｃｈｌｏａｐｏｌｙｓｔａｃｈｙａ是一种镉超积累植物。
３问题与展望
尽管镉超积累植物在修复重金属污染土壤方面表现出很大潜力，但仍存在许多不足：（１）大部分镉超积累植物个体矮小，生长缓慢，生物量少，修复效率低；（２）已发现的镉超积累植物（例如东南
成矿作用带或由富含某种或景天）多数在矿山区、
某些化学元素的岩石风化而成的地表土壤中，因而
常表现出较窄的生态适应性和特有的生态型；（３）处理镉超积累植物也是一个棘手问题，刑前国等［３５］研究表明，富含Ｃｄ、Ｐｂ的超积累植物采用焚烧、直接利用底灰来冶炼回收不可行，烟气中的Ｃｄ、Ｐｂ
植物器官往往会通过腐可能产生二次污染。此外，
烂、落叶等途径使重金属重返土壤，因此必须在植
物落叶前收割并处理这些植物器官。因此，今后的研究重点应该在以下三个方面：
（１）镉富集相关基因识别和克隆通过分子生物学技术鉴别镉超富集相关基因，并应用基因工程技术培育出高产、高效和可富集多种重金属的转基因植物，可以克服天然镉超富集植物生长慢、生物量低和适应环境能力差等不足，是植物修复技术一个很有价值的研究方向。
（２）镉超富集植物应用研究镉的植物修复与
植砷在土壤中的形态和土壤性质、成分密切相关；
物生长也受其生长环境（包括气候和根系周围营养、水、热条件、ｐＨ值等）的影响。研究上述因素对环境中镉的植物修复的影响，并通过物理、化学和生物方法强化植物修复。同时，合理刈割镉超富集植物的地上部分，也有利于提高镉的修复效果。
（３）镉超富集植物收割后的处置与资源化技术开发镉超富集植物收割后，仅仅是将镉从环境转移到植物体中，收割的植物体如处置不合理，将产
如何处置、利用这生二次污染，成为新的固体废物。
些修复植物，完成植物修复产业链条的最后一环可以作为今后研究的一个方向。参考文献：
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［责任编辑：胡文海］