1、我国重金属污染及原位修复研究,2,2006年十大环境污染事件,甘肃徽县铅污染：368个生命的368幕悲剧 湖南岳阳砷污染：8万多居民饮水遭威胁母亲河屡遭污染：前两次见红 这次泛白 黄河兰州段染白东海废电池污染：500万电池误入海中 贵州遵义磷污染：60万市民饮水受威胁 松花江支流污染：造成5 km污染带 泸州柴油泄漏污染：17 t 柴油泄漏长江 国家森林公园垃圾成灾 我国家电和电子产品报废高峰来临 香格里拉圣湖美景遭遇无极“劫色”之痛,3,甘肃徽县铅污染：368个生命的368幕悲剧,200 ug/L,正常参考值,400 ug/L,可耐受值,600 ug/L,诊断值,血铅含量检查在医学上分为三个
2、阶段,对脏器产生影响，构成铅中毒,4,铅中毒症状及后果,对人体造成全身性损害，一般会表现为头痛、记忆力减退、注意力不集中等症状，还会造成贫血。,这学期开学以来 患病学生郭磊只上过一天课,一名被检测出血铅超标的儿童在领药前接受诊断,会损害人体的血液系统，影响血红蛋白的合成。会伤害到神经系统和脏器，损害心脑血管。因铅含量超标，还会造成中毒脑病、中毒性周围神经病和中毒性胃病，并具有不可逆性很难治疗。,5,湖南岳阳砷污染：8万多居民饮水遭威胁,2006年9月8日15时，岳阳市环境监测中心站在对岳阳县城饮用水源新墙河水质进行水质例行监测时，发现砷浓度为0.310.62 mg/L，超标10倍左右。新墙河是
3、岳阳县城8万多居民的自来水取水口。,建在新墙河上的岳阳县自来水厂取水塔,6,砷中毒症状及后果,三氧化二砷，俗称砒霜，属无臭无味的白色粉末，高毒，为致癌物。 主要影响神经系统和毛细血管通透性，对皮肤和粘膜有刺激作用。中毒后会出现恶心，呕吐，腹痛，四肢痛性痉挛，最后会昏迷、抽搐，呼吸麻痹而死亡。如果是慢性中毒，也会导致肝肾损害与多发性周围神经炎，最终可致肺癌、皮肤癌。,岳阳县的居民在接洒水车送来的干净自来水。,临湘市桃矿化工有限责任公司的厂房内，污水循环设备形同虚设，里面充满刺鼻气味。,7,母亲河屡遭污染（2006年）,10月22日，兰州市南滨河路体育公园附近一排污管道向黄河排放红色污水，致使下游
4、1 km的黄河水变成了红色。 原因：兰州市滩尖子第二供热站冲洗锅炉内部染色剂“玫瑰精”，废水经市政管网排入黄河。 11月21日，兰州黄河大桥西侧黄河再次遭遇一家供热站排放的“玫瑰精”袭击，并持续约90 min。,12月5日，大量泛着白色泡沫的红褐色污水，沿着黄河支流奔流而下。兰州市环保局认定，红褐色污水及白色泡沫污染为兰州百美纸业有限公司所排放。 12月22日，黄河兰州段约30 km长的河道水质开始变白。,8,东海废电池污染：500万电池误入海中,农业部东海区渔政渔港监督管理局新近提供的信息称，中国东海区每年约有500万节渔用干电池被弃在海中。这些干电池被海水不断侵蚀，腐蚀，其中的金属被逐渐析
5、出，对海洋环境造成危害。,实验表明，1节废电池全部溶出的金属足以使该水体内50%的生物达到急性死亡。在随后的解剖实验里，在3种生物体内都发现程度不同的重金属超标。,9,贵州遵义磷污染：60万市民饮水受威胁,2006年7月，遵义磷肥厂发生两起工业废水管道泄漏、酸性废水直排洛江河引起死鱼的事件。环保部门应急监测了所有点位，结果发现泄漏废水的pH值、总磷、氟化物均超标，其中氟化物最高超标达10.9倍，使部分河段污染严重。,10,松花江支流污染：造成5 km污染带,2006年8月21日，发现牤牛河部分水质呈红色，并伴有少量泡沫。初步检测污染物主要是二甲基苯胺，造成的污染带长约5 km。,原因:吉林长白
6、山精细化工有限公司向牤牛河中人为排放化工废水所致，,11,我国家电和电子产品报废高峰来临,从2003年起，我国每年将至少有500万台电视机、400万台冰箱、500万台洗衣机要报废。 电子垃圾含有大量的有毒、有害物质，它是一种隐藏的杀手，随时散发可能对人体有危害的物质；电子垃圾含铅、镉、汞、六价铬、聚合溴化联苯（PBB）、聚合溴化联苯乙醚（PBDE）等种有毒有害材料。 一块手机电池可以污染三个游泳池的水,12,土壤污染的来源,我国土壤污染主要有两大来源：一类是自然来源，有些地方本身地质中重金属含量就高（比如长江沿岸）；另一类是人类活动的结果，如：工业和城市“三废”排放，包括污水灌溉和污泥施用，乡
7、镇企业“三废”排放，大气飘尘，农药、农膜和肥料的长期不合理投入。,13,日本镉米中毒事件,二十世纪五六十年代，日本曾出现过一系列由于重金属污染造成的危害事件。在横贯日本中部的富山平原有条神通川，由于排放的含镉废水污染了神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田致使稻米含镉。居民食用含镉米和含镉水而中毒，有的患者甚至一咳嗽就会震裂胸骨，病态十分凄惨，先后有81人死亡，直接受害的人数就更多了。,14,广东大宝山铅锌矿调查,矿区内表土层已严重酸化，pH值低达2.7；大宝山矿周边韶关境内有83个自然村、584.8公顷农田、20.9公顷渔塘受到影响。河水灌溉的稻田中重金属（铜、镉、铅和锌）的质量分数也远远超出
8、了土壤环境二级标准值，其中铜、镉超标倍数分别为14.01和4.17倍。结果还表明，生长在矿区周围的植物也受到不同程度重金属的污染且不同植物吸收和积累重金属的能力相差很大。,15,广西某铅锌矿调查,河流全长约40千米，上游长约15千米为重污染河段，河水含镉1.44mg/L，中游河水含镉0.8mg/L，下游河水含镉0.02mg/L。污染面积约5000余亩，其中重污染占污染面积的25%。被污染的作物有稻谷、蔬菜、饲料、家畜和家禽等，有镉米产生。当地居民曾不同程度出现腰背酸痛。血清磷降低、尿镉增高等病理症状。家禽出现产软皮蛋，牲畜站立不起等病理现象。,16,这是渗透到地下的酸性废水将土壤变成了“毒壤”
9、,17,从20世纪开始，随着工业的迅猛发展所带来的环境污染越来越严重，控制和治理环境污染是当前世界面临的巨大挑战。其中重金属污染土壤的治理是目前国际上难点和热点研究领域之一。,18,植物修复技术与其他修复技术相比，要达到预期净化目标需要很长时间还很难应用在重金属污染严重的土壤。但是具有费用低、环境亲和性等特点。近年来备受关注。植物修复技术特别适用于被重金属污染的大面积矿山地区和农耕土壤，它既可以改良土壤，也可以长时间对重金属的无害化起作用。,19,一、常用的植物修复技术,(一) 超积累植物的利用在重金属污染土壤上生长的植物一般具有抑制毒性金属的机制或者植物体内存在大量重金属不影响生长的特性，即
10、为耐金属性植物。其中，植物体干物重中富集1 000mgkg以上的植物统称为超积累植物。利用超积累植物的重金属污染土壤植物修复技术是因为利用太阳能，也不产生二次污染，所以，被认为环境亲和性修复技术。,20,1900年开始发表植物能在体内可以大量富集重金属的研究报告，继而1920年Pb，1940年Ni，1960年Co和Cu，1970年Cd和Mn陆续发表。到目前为止，世界上有关对Ni的超积累植物有318种，其中出现频度比较高的植物种是大戟科(Euphorbiaceae，83种)、十字花科(Brassicaceae，82种)、菊花科(Asteraceae，27种)、大风子科(Flacourtiacea
11、e，19种)、黄杨科(Buxaceae，17种)、茜草科(Rubiaceae，12种)等，除此以外的78种属于31科属的植物种。生长在PbZn矿地区的阿尔卑斯菥(Thlaspi caerulescens)植物可在体内富集平均100mgkg以上的Cd,最高时能达到1 000mgkg以上。,21,(二)化学改良剂结合的植物修复技术20世纪90年代中后期开始，科学家们从原来探索超积累植物的研究转移到了既对重金属具有耐性生物量也高的栽培作物上。芥菜(Indian mustard)、玉米(com)、黑麦草(ryegrass)、大麦(barley)及豌豆(pea)等作物是研究强化植物修复技术(enhanc
12、ed phytoremediation)的主要作物。但是这些作物与超积累植物相比体内重金属含量很低，必须配合使用促进作物吸收重金属的化学改良剂的植物修复技术才能实际应用。,22,有关强化植物修复技术的研究最初由Wallace等(1974)报告，他们提出了在重金属污染土壤上施用EDTA 时与重金属形成络合物(metal-EDTA)提高了重金属的溶解度促进植物吸收。Blayllock等(1997) 以EDTA作络合剂；艾蒿作为供试植物，进行植物吸收镉的调查研究显示，施用EDTA的试验区与未施用EDTA的对照相比艾蒿体内的镉含量明显升高，其中从矿山土壤中镉的吸收量增加2倍以上，人为污染土壤中镉的吸收
13、量增加1.5倍以上。,23,另一方面，植物根系分泌的低分子有机酸可以提高根际土壤中金属离子的溶解度和根际微生物的活动以及促进根系发育来促进植物的重金属吸收。还有，有机酸与土壤直接接触通过酸性化、络合、沉淀及氧化还原反应来促进植物的重金属吸收。Krishnamurti等(1997)通过施用不同低分子质量有机酸(LMW0A)的试验，证明了与土壤中镉形成Cd-LMW0A络合物提高了土壤中镉的有效度。,24,但是，利用化学改良剂的植物修复技术施用了螯合剂而形成的溶解性金属络合物(metal-chelate)本身具有对生物体的潜在毒性，还可以引发施用螯合剂后重金属溶脱引起的地下水污染，所以使用螯合剂时要
14、慎重考虑。以畜禽粪尿作为原料堆制而成的堆沤肥中含有丰富的腐殖质和植物需要的无机养分。今后作为强化植物修复技术中的环境亲和性化学改良剂，其应用前景广泛。,25,二、植物修复技术结合分子生物学,植物修复技术中被利用的植物应具备：从土壤中选择性地吸收重金属、对重金属有耐性、生长速度快、容易收获等特点。但自然界中同时满足以上几个条件的植物实际上不存在。据Baker和Brooks(1989)，Meharg和Macnair(1992)报告，一般对As和Pb有富集作用的超积累植物却对其他重金属具有排斥机制，所以要净化由多种重金属复合污染的土壤，必须把具有其他重金属也能富集的基因克隆到上述超积累植物中。,26
15、,三、利用转基因技术的植物修复,哺乳动物和霉菌如果暴露在重金属里就在细胞内与重金属合成金属硫因复合体(metallothioneine)，这种亲金属蛋白具有分子质量小、可以被各种各样的重金属诱导、分子内的半胱氨酸(cysteine)含量高的特征。植物中也存在着与金属一硫因复合体相似的物质叫做植物螯合物(phytochelatin)。 Benentzen等(1984)报告了植物和植物细胞暴露在重金属的时候存在与重金属结合的复合体的事实。Kondo等(1984)利用了裂变酵母(fission yeast)酿酒酵母；Grill等(1985)利用萝芙木的培养细胞进行了初期研究。之后，Kneer等(19
16、92)证明，在酿酒酵母和粗糙脉孢霉里同时存在金属硫因复合体和植物螯合物两种物质。由此可以知道，有些真菌同时具有动植物的特征，所以能合成金属硫因复合体和植物螯合物两种物质。,27,植物体内的金属硫因复合体(MTs)和植物螯合物与重金属结合成为稳定的络合物，实现重金属无毒化，其中MTs可以与Cu、Cd及Zn结合；Murphy和Taiz(1995)利用拟南芥作试验后表明，MTs与Cu之间具有最大的结合亲和力，MTs的显性使植物具有对Cu的耐性， 比植物具有对Cd的耐性还要大。把MTs基因克隆到植物的转基因植物与以往的植物相比对重金属的耐性显著增加。把不同来源的MTs克隆到Nicotianasp.，Brassic sp，及拟南芥中。不久，具有对镉的耐性最高能达到20倍以上的转基因植物诞生了但只是对重金属的耐性增加，而转基因植物本身对重金属的吸收能力和往地上部的输送效率并不增加。所以，今后要利用转基因植物来植物修复，必须对两个机制的作用机理和遗传基因的鉴定研究应先行。,28,韩国学者Yang等(2000)发现了变种水稻对Cd和Pb具有富集和耐性的现象，证明了其耐性机理。通过对这些植物的研究，正在寻找对Cd的耐性和富集有关联的基因，Song等(2003)从酵母中分离了往液泡输送Cd的蛋白质，开发了YCF1显性的转基因植物。这种植物不仅对Cd具有耐性，而且可以在体内富集高浓度的重金属。,
