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关键词：
镉,活性氧自由基,丙二醛,DNA损伤,黑斑蛙
发表时间：
2013-03-05 08:49:00
高氯酸盐污染土壤及地下水的植物_微生物修复研究进展
巩冰蓝 | -> | 1007| 0| 0.617847MB |高氯酸盐,植物修复,微生物修复,土壤,地下水
摘要: 高氯酸盐( ClO －4) 是一种新兴的持久性污染物，其环境污染问题引起了高度关注． 由于人为和自然来源造成土壤及地下水大范围ClO －4污染，控制与修复ClO －4污染环境成为新的研究热点，其中植物和微生物修复最具应用前景，但我国相关研究甚少． 本文总结了ClO －4污染土壤及地下水植物修复的作用机制及影响因素，包括植物吸收积累、植物体内降解、植物根际降解; 并从根际微生物降解途径、外源添加物和环境影响条件等3 个方面，重点评述了根际降解中植物-微生物的联合作用，以期为我国开展植物-微生物联合修复ClO －4污染土壤及地下水的研究提供参考．
高氯酸盐( ClO －4) 是一种新兴的持久性有毒污染物，其环境污染问题已成为研究热点． ClO －4离子半径与碘离子( I － ) 非常接近，从而抑制甲状腺吸收I － ，干扰其正常功能，引起一系列成年人代谢和胎儿、婴儿不正常发育等问题，严重时致脑瘫( Kirk，2006; Leung et al． ，2010) ． ClO －4广泛应用于动能助推器或火箭固体燃料以及制革、冶炼、染料、烟火、电镀等行业． 人为源是高氯酸盐的主要污染来源，尤其是航天航空、军事和工业排放( Duncanet al． ，2005) ． 自然源为大气( 光) 化学反应作用形成的ClO －4( Michalski et al． ，2004; Jackson et al． ，2010; Rao et al． ，2010) ． 作为传统的烟火制造和消费国，为符合政府52 号文明令，我国不少厂家用高氯酸盐( ClO －4) 是一种新兴的持久性有毒污染物，其环境污染问题已成为研究热点． ClO －4离子半径与碘离子( I － ) 非常接近，从而抑制甲状腺吸收I － ，干扰其正常功能，引起一系列成年人代谢和胎儿、婴儿不正常发育等问题，严重时致脑瘫( Kirk，2006; Leung et al． ，2010) ． ClO －4广泛应用于动能助推器或火箭固体燃料以及制革、冶炼、染料、烟火、电镀等行业． 人为源是高氯酸盐的主要污染来源，尤其是航天航空、军事和工业排放( Duncanet al． ，2005) ． 自然源为大气( 光) 化学反应作用形成的ClO －4( Michalski et al． ，2004; Jackson et al． ，2010; Rao et al． ，2010) ． 作为传统的烟火制造和消费国，为符合政府52 号文明令，我国不少厂家用高氯酸盐( ClO －4) 是一种新兴的持久性有毒污染物，其环境污染问题已成为研究热点． ClO －4离子半径与碘离子( I － ) 非常接近，从而抑制甲状腺吸收I － ，干扰其正常功能，引起一系列成年人代谢和胎儿、婴儿不正常发育等问题，严重时致脑瘫( Kirk，2006; Leung et al． ，2010) ． ClO －4广泛应用于动能助推器或火箭固体燃料以及制革、冶炼、染料、烟火、电镀等行业． 人为源是高氯酸盐的主要污染来源，尤其是航天航空、军事和工业排放( Duncanet al． ，2005) ． 自然源为大气( 光) 化学反应作用形成的ClO －4( Michalski et al． ，2004; Jackson et al． ，2010; Rao et al． ，2010) ． 作为传统的烟火制造和消费国，为符合政府52 号文明令，我国不少厂家用KClO4替代KClO3来配置烟火( 钱新明等， 2008) ． 因此，我国存在广泛的高氯酸盐污染源，急需开展ClO －4污染环境问题的研究．
美国最早开展高氯酸盐污染问题研究， 1998 年美国EPA 把ClO －4添加到饮用水候选污染物名单
中，随后掀起了研究高氯酸盐的热潮． 在Nature 子刊( Coates and Achenbach， 2004 ) 、Science
( Stokstad，2005a; 2005b) 、美国科学院院刊PNAS( Capuco et al． ，2005) 和美国分析化学( Richardson，2003，2007，2009; Richardson and Terbes，2005) 等刊物上都先后报道或综述了高氯酸盐的毒理效应和环境污染问题． 最新美国EPA 推荐的高氯酸盐口服摄入安全剂量为0． 0007 mg·kg － 1·day － 1 ( US EPA，2008) ． 在加拿大、日本、韩国、印度、中国等国家的水体( 饮用水) 、土壤、植物、食品( 牛奶、蔬菜和水果等) 、体液( 母乳、唾液和尿液) 等介质中均测得
不同浓度水平的ClO －4( Backus et al． ，2005; Kosakaet al． ， 2007; Quinones et al． ， 2007; Dasguptaet al． ，2008; Kannan et al． ，2009; FDA，2009; Wuet al． ，2010) ． 早期测定地下水中ClO －4浓度都集中在受人为污染的地区，其浓度可达几百甚至上千mg·L － 1，如内华达州Henderson 地下水中ClO －4浓度高达为3700 mg·L － 1 ( Coates and Achenbach，，2004) ，已证实地下水中普遍存在低浓度( μg·L － 1 )2004) ，已证实地下水中普遍存在低浓度( μg·L － 1 )的ClO －4污染问题( 源自大气化学反应，Parkeret al． ，2008; Jackson et al，2010) ． 初步调查显示，我国13 个省份水样中地下水ClO －4平均浓度最高，达3． 04 μg·L － 1 ( Wu et al，2010) ． 土壤中高氯酸盐浓度水平调查还不普遍，通常在研究动植物体积累ClO －4的程度与土壤污染水平之间关系时才有所涉及，检出的浓度水平在几十到几百mg·kg － 1 ( Smithet al． ，2004 ) ，美国德州MacGregor 地区土壤中ClO －4浓度高达23 ～ 1． 8 × 106 mg·kg － 1 ( Logan，2001) ． 为保障农产品和饮用水安全、人体健康，急需开展土壤和地下水中ClO －4污染的控制和修复研究与实践．
美国最早开展高氯酸盐污染问题研究， 1998 年美国EPA 把ClO －4添加到饮用水候选污染物名单
中，随后掀起了研究高氯酸盐的热潮． 在Nature 子刊( Coates and Achenbach， 2004 ) 、Science
( Stokstad，2005a; 2005b) 、美国科学院院刊PNAS( Capuco et al． ，2005) 和美国分析化学( Richardson，2003，2007，2009; Richardson and Terbes，2005) 等刊物上都先后报道或综述了高氯酸盐的毒理效应和环境污染问题． 最新美国EPA 推荐的高氯酸盐口服摄入安全剂量为0． 0007 mg·kg － 1·day － 1 ( US EPA，2008) ． 在加拿大、日本、韩国、印度、中国等国家的水体( 饮用水) 、土壤、植物、食品( 牛奶、蔬菜和水果等) 、体液( 母乳、唾液和尿液) 等介质中均测得
不同浓度水平的ClO －4( Backus et al． ，2005; Kosakaet al． ， 2007; Quinones et al． ， 2007; Dasguptaet al． ，2008; Kannan et al． ，2009; FDA，2009; Wuet al． ，2010) ． 早期测定地下水中ClO －4浓度都集中在受人为污染的地区，其浓度可达几百甚至上千mg·L － 1，如内华达州Henderson 地下水中ClO －4浓度高达为3700 mg·L － 1 ( Coates and Achenbach，，2004) ，已证实地下水中普遍存在低浓度( μg·L － 1 )2004) ，已证实地下水中普遍存在低浓度( μg·L － 1 )的ClO －4污染问题( 源自大气化学反应，Parkeret al． ，2008; Jackson et al，2010) ． 初步调查显示，我国13 个省份水样中地下水ClO －4平均浓度最高，达3． 04 μg·L － 1 ( Wu et al，2010) ． 土壤中高氯酸盐浓度水平调查还不普遍，通常在研究动植物体积累ClO －4的程度与土壤污染水平之间关系时才有所涉及，检出的浓度水平在几十到几百mg·kg － 1 ( Smithet al． ，2004 ) ，美国德州MacGregor 地区土壤中ClO －4浓度高达23 ～ 1． 8 × 106 mg·kg － 1 ( Logan，2001) ． 为保障农产品和饮用水安全、人体健康，急需开展土壤和地下水中ClO －4污染的控制和修复研究与实践．
尽管ClO －4的中间有一个+ 7 价的氯原子，但它处在四面体的正中心，不易与其他物质发生还原反应; 且电荷密度低，对阳离子亲和力弱; 加之在大多数土壤和矿物质上的吸附能力弱( Urbansky andBrown，2003) ; 故环境中ClO －4具有强稳定性、高溶解性、非挥发性和快迁移性等特点． 水中ClO －4的处理方法涉及离子交换、吸附、化学还原、电化学还原、膜过滤、电渗析等物理化学方法，但因其非选择性、活性位点易饱和、甚至还需后续处理，处理费用较高( 张云霞等，2007; 张可佳等，2008) ，难以有效控制和修复ClO －4污染环境( 面源) ． 而植物-微生物修复具有环境扰动小、费用低、无二次污染等特点，适合于处理地面水、地下水和土壤等介质中较大范围不同浓度的ClO －
4污染． 我国对ClO －4污染问题的研究则刚刚起步，已发表的综述文章多为分析方法、环境行为与生态毒理、水体( 饮用水) 污染控制和修复技术等方面的( 高乃云等，2003; 蔡亚岐等，2006; 蔡贤雷等，2008; 陈桂葵等，2008; 孙剑辉等，2008) ; 而对污染土壤及地下水的植物-微生物修复尚未见相关研究和详细综述．图1 ClO －4污染土壤及地下水的植物修复示意图( 其中植物降解机制引自Aken 和Schnoor，2002)Fig． 1 Phytoremediation of perchlorate-contaminated soil and groundwater ( Phyto-degradation pathways cited from Akenand Schnoor，2002),
4污染． 我国对ClO －4污染问题的研究则刚刚起步，已发表的综述文章多为分析方法、环境行为与生态毒理、水体( 饮用水) 污染控制和修复技术等方面的( 高乃云等，2003; 蔡亚岐等，2006; 蔡贤雷等，2008; 陈桂葵等，2008; 孙剑辉等，2008) ; 而对污染土壤及地下水的植物-微生物修复尚未见相关研究和详细综述．图1 ClO －4污染土壤及地下水的植物修复示意图( 其中植物降解机制引自Aken 和Schnoor，2002)Fig． 1 Phytoremediation of perchlorate-contaminated soil and groundwater ( Phyto-degradation pathways cited from Akenand Schnoor，2002),
植物修复是植物利用太阳光和CO2作为能源与碳源、以植物蒸腾作用作为“泵”、植物吸收积累转
化和根际微生物降解为“处理场”的天然的、绿色的“泵抽-处理法”． 植物修复机制一般包括根际过滤、植物转化、植物蒸发、植物固定以及根际降解． 鉴于ClO －4的理化特性，其植物修复只包括植物吸收积累、植物降解和根际降解，如图1 所示; 主要过程涉及: ①在蒸腾流的牵引下土壤及地下水中的ClO －4通过植物木质部导管吸收进入植物体内，并积累在植物地上部分; ②同时积累在植物体内的ClO －4经酶催化，发生植物降解; ③ClO －4在植物根际发生微生物降解，彻底降解为Cl － ; ④积累在叶片中的ClO －4随落叶又回到土壤，再次参与根际降解或植物吸收等过程． 下文从植物吸收积累、植物降解和根际降解3 个方面总结植物修复研究进展，详细评述根际降解在植物-微生物联合修复中的作用及影响因素．
化和根际微生物降解为“处理场”的天然的、绿色的“泵抽-处理法”． 植物修复机制一般包括根际过滤、植物转化、植物蒸发、植物固定以及根际降解． 鉴于ClO －4的理化特性，其植物修复只包括植物吸收积累、植物降解和根际降解，如图1 所示; 主要过程涉及: ①在蒸腾流的牵引下土壤及地下水中的ClO －4通过植物木质部导管吸收进入植物体内，并积累在植物地上部分; ②同时积累在植物体内的ClO －4经酶催化，发生植物降解; ③ClO －4在植物根际发生微生物降解，彻底降解为Cl － ; ④积累在叶片中的ClO －4随落叶又回到土壤，再次参与根际降解或植物吸收等过程． 下文从植物吸收积累、植物降解和根际降解3 个方面总结植物修复研究进展，详细评述根际降解在植物-微生物联合修复中的作用及影响因素．
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