利用植物解决环境问题教材

1、如何利用植物生理学理论如何利用植物生理学理论解决环境污染问题解决环境污染问题组员：组员：程谦、魏小曼、刘皎佼、谢晓婧程谦、魏小曼、刘皎佼、谢晓婧孙祥道、王浩源、吕勤、廖水林孙祥道、王浩源、吕勤、廖水林主要环境问题主要环境问题重金属污重金属污染染土地荒土地荒漠化漠化水体富水体富营养化营养化2 / 12重金属污染重金属污染011-1 重金属污染及其危害重金属污染及其危害 场外修复场外修复1-2 去除重金属污染的方法去除重金属污染的方法 微生物修复微生物修复 植物修复植物修复1-1重金属污染及其危害重金属污染及其危害01 重金属污属污染指由重金属（汞、镉、铅、铬以及类金属砷）或其化合物造成的环境污染

2、。主要来源于工业污业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。02 重金属污染会对人体健康和自然环境产生大量危害。其最大特点是重金属不能在环环境中降解，只能迁迁移。也就是说，一旦水体或土壤被重金属污染，水体和土壤不能靠自身的净化作用将其消除，除被悬浮物带走的外，重金属会因吸附沉淀作用而富集于排污口附近的底泥中，成为长长期的次生污污染源；同时由于重金属容易在生物体内内聚积积，随着时间的推移，当重金属在生物体内积聚到一定的量后，会使生物体致畸或导致突变，最终会导致生物体死亡。重金属对人体的另一危害途径是通过食物链传递链传递，鱼、虾长期接触重金属含量高的环境，会导致重金属在体内聚集，一旦这些食物被人体摄入

3、后，经过一段时间的积累，就会对人体健康产生极大的危害 4 / 121-2 01 场场外修复复 先将被污染区域内的土壤挖掘、转移，再去除金属离子 02 微生物修复复 通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物 03 植物修复复 利用植物将土壤、地表中的危险性污染物现场去除或降解去除重金属污染的方法去除重金属污染的方法6 / 121-2-301 植物修复复去除重金属属污污染物的机理 1）植物挥发挥发：是指利用一些植物来来促进进重金属转变为属转变为可挥发挥发的形态态,挥发挥发出土壤和植物表面的过过程。 一些金属,如硒、砷和汞等生物甲基化后可以形成可挥发性的分子。 例如Rugh等已成功地把细菌的Hg2+

4、还原酶基因导入拟南芥植株,最终的转基因植株能忍耐并挥发汞;另一些植物则可将环境中的硒转化为可挥发的气态形式,从而降低硒对土壤生态系统的毒性。 另有研究表明,根际细菌不仅能够增强植物对硒的吸收,而且还能提高硒的挥发率。这主要是由于根际细菌能刺激产生一种热稳定化合物,并使其通过质膜进入植物根系内;而这种热稳定化合物进入植物根际后,硒盐就会在植物体内大量积累,并转化为可挥发的气态形式。植物修复技术植物修复技术7 / 121-2-32）植物稳稳定或钝钝化：即利用植物吸收和沉淀 来来固定土壤中的大量有毒金属属,以降低其生物有效性和防止其进进入地下水和食物链链。 具体地说,主要是保护污染土壤不受侵蚀,减少

5、土壤渗漏,防止金属污染物的淋移;或者是通过在根部累积和沉淀,或通过根表吸收金属来改变污染物的化学形态。 此外,植物还可以通过改变根际环境(pH、Eh值等)来改变污染物的化学形态。这种植物稳定与钝化技术相结合将会显示出更大的应用潜力。植物修复技术植物修复技术8 / 121-2-33）植物提取：又称称植物吸取或吸收,是利用一些拥拥有超量积积累能力的植物对对重金属属的吸收和在地上部的积积累,并并通过过收获获地上部来达来达到减减少土壤重金属属含量的目的。植物修复技术植物修复技术9 / 12一些真菌、动物或植物在受Cd、Zn、Cu等重金属胁迫后能诱导金属硫蛋白(Metallothionein, MT)等

6、的合成 ,从而降低了重金属的毒性。已有人成功地将克隆了的人体金属硫蛋白基因转移到非金属抗性的烟草细胞中,首次证明了在植物系统中金属硫蛋白基因的遗传性表达。另有研究表明,植物体内一种被称作植物络合素的物质,可在高等植物中聚集重金属,从而降低重金属的毒性。具有超量积累能力的植物，包括超量积累植物和一些本不具有超量积累特性但通过一些过程和诱导物可以诱导出超量积累能力的植物。其之所以能被用于提取土壤中的重金属,是由于其对重金属具有很强的耐性。当重金属进入植物体细胞后,即可通过区域化(如Al和Cd累积在细胞的液泡或细胞壁中),或者形成沉淀(如磷酸镉),或者通过螯合或络合作用而降低重金属的毒性。水体富营养

7、化水体富营养化 022 2-1-1水体富营养化的原因水体富营养化的原因 2-22-2水体富营养化的治理方法水体富营养化的治理方法 水体富营养营养化(eutrophication) 是指在人类活动的影响下，生物所需的氮氮、磷等营养营养物质质大量进进入湖泊、河口、海湾湾等缓缓流水体，引起藻类类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧氧量下降，水质恶质恶化，鱼类鱼类及其他生物大量死亡的现现象。 在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华（淡

8、水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象）。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮。2-201 物理方法： 投资高，工程量大，存在二次污染风险（如清淤）02 化学学方法： 存在二次污染，有毒害最用（如钝化剂、沉淀剂）03 生物方法： 周期长，需要考虑自然环境水体富营养化的治理方法水体富营养化的治理方法12 / 122-2-301 食物链链原理： 通过食物链使浮游动物增加，进而增加对浮游植物的消耗，改善水体环境02 植物生理原理： 利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质水体富营养化的治理方法水体富营养化的

9、治理方法13 / 122-2-301 大型水生植物： 包括凤眼莲、芦苇、狭叶香蒲、加拿大海罗地、多穗尾藻、丽藻、破铜钱等许多种类，可根据不同的气候条件和污染物的性质进行适宜的选栽。水生植物净化水体的特点是以大型水生植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协同效应，净化污水。经过植物直接吸收、微生物转转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属分子也有降解效果。02 一些沉水植物： 如伊乐藻菹草，虽然生长期在冬季，但在只有其生长的区域，很容易由于其衰亡而造成水体透明度的逐渐下降，使得其在冬季的生长受到限制，影响其对水体的净化作用。利用耐寒型沉水植物和喜温温植物组组建常绿绿型水生植被，

10、可以弥补这一不足，形成生长期和净化功能的季节性交替互补。除了吸收营养物质之外，这些植物的水质净化功能还表现在其对对浮游藻类类的竞争竞争抑制以及对湖水中污污染物的吸附净净化和促进进沉降等方面。研究表明不论是夏季还是冬季，常绿水生植被系统对水体中总磷总氮均有较高的去除率。水体富营养化的治理方法水体富营养化的治理方法14 / 122-2-303 高等水生植物： 包括挺水植物、漂浮植物、根生浮叶植物和沉水植物。水生植物在富营养化水体的净化中起着十分重要的作用。其对水体的净化是吸附沉淀、吸收代谢谢、富集浓缩浓缩等各种综合作用的结果。一方面，水生植物自身能吸收一部分营养物质以供植物体本身的生长发育；另一方

11、面，植物根区为微型生物的生存及其降解营养物质提供了必要的场所和相互分异的氧化还原微环境。 水生高等植物重要的功能之一就是将氧气从将氧气从上部输输送至根部，使根区区形成一种种好氧环氧环境，从从而刺激有机物质质的分解和硝化细细菌的生长长。因此，选择运送氧气到根区能力强的水生植物来净化水体是至关重要的。 影响植物去除氮磷效果的因素有很多，如温度，水体中的营养盐浓度，pH值等。当温度处于植物适应的范围内时，随着温度的升高，植物的生长速度加快， 其对水体中氮磷等营养物质的去除效果也随之增强;水体中营养盐浓度较大时，有利于植物的生长，其对氮磷的去除效果也较好;大气中 O2浓度的升高主要通过影响植物生长而间

12、接影响微生物的生长和活动;在不同pH值条件下，微生物群落活性不相同，其净化效果也不同。水体富营养化的治理方法水体富营养化的治理方法15 / 122-2-3生物方法的优优点：01 改善和净化水质02 去除N、P，控制水体富营养化03 吸收、富集重金属水体富营养化的治理方法水体富营养化的治理方法16 / 12土地荒漠化土地荒漠化 033-1 土地荒漠化出现的原因土地荒漠化出现的原因3-2 土地荒漠化的治理方法土地荒漠化的治理方法3-1 土地荒漠化是由于干旱少雨、植被破坏、大风风吹蚀蚀、流水侵蚀蚀、土壤盐渍盐渍化等因素造成的大片土壤生产产力下降或丧丧失的自然（非自然）现现象。 土地荒漠化出现的原因土

13、地荒漠化出现的原因19 / 123-2植物防治荒漠化： 植物治沙是通过封育和栽种植物等手段，达到防治沙漠，稳定绿洲，提高沙区环境质量和生产潜力的一种技术措施。土地荒漠化的治理方法土地荒漠化的治理方法20 / 123-2植物个个体对对干旱的适应应特征：01 根系生长迅速而发达02 具有旱生形态结构03 形成抗旱的生理机能04 植物的化学成分发生变化 地上部分逐渐缩减渐缩减, , 表面特化, , 表面积缩积缩小，形成了独独特的抗旱、讨讨旱和避旱的解刹结构结构和与结构与结构相适应应的特定的生理特性，以适应应干旱、高温温、强光的大气气生境。 地下部分不断扩断扩大，根系发达发达，增大了土攘营养营养面积积

14、和水分吸收能力，以适应应干旱、贫贫痔的土壤土壤生境和杭御风风沙危害。土地荒漠化的治理方法土地荒漠化的治理方法21 / 123-2推荐植物：花棒优点：01 根系发达发达：花棒主、侧根都极发达。一般分布于20-60 cm的沙层中，较粗壮，贮存较多的水分和养分，对成活有利。02 抗逆性强：花棒叶片表面被有深厚的角质层，叶片内维管束、栅栏组织高度发达，利于水分的补充和营养的输送。花棒茎干外部包着数层尚未剥落的茎皮，即使沙面温度高达50一60，茎干也不会灼伤，使茎干得到保护；03 耐瘠薄：花棒只有根瘤，能固定空气中氮以供给自身需要，因而在瘠薄的沙地上能旺盛生长，有良好的改土效果。04 花期长长：花棒在当

15、年新枝上形成花芽，5月下旬开始开花，花期一直延续至9月，盛花期为78月，颜色为粉红色，在荒凉的沙漠形成一道靓丽的风景。土地荒漠化的治理方法土地荒漠化的治理方法22 / 123-2植物对对沙漠环环境的改善：01 植物体具庞大的根系, 根深和根幅远大于株高，冠幅表常生有许多根状茎, 以截持降水和利用土壤空间、有限的水分和养分, 同时增强地上部分对风沙的抗性。02 植物以其茂密的枝叶和聚积枯落物庇护表层沙粒，降低近地层风速，加速土壤形成过程。03 在植被覆盖下，反射率、风速、水蒸发量显著降低，相对湿度提高。改善小气候的作用可加速成土过程。 土地荒漠化的治理方法土地荒漠化的治理方法24 / 123-2土壤结结皮01 前藻结结皮阶阶段。该阶段，土壤微生物首先定居于地表，细菌能够分泌出胞外多糖黏结沙粒，真菌和放线菌的菌丝体能够从旁协助来捆绑沙粒，土壤理化性质改善和有机质的积累促进了藻结皮的形成；02 藻结结皮阶阶段。该阶段丝状藻类能够分泌黏性更强的多糖，其藻丝体的韧性也更强，这样，沙粒进一步被胶结和捆绑在一起，地表稳定性显著增加；03 地衣和苔藓结藓结皮阶阶