鳳眼蓮對(duì)污染水環(huán)境的生態(tài)修復(fù)作用
摘要 鳳眼蓮是重要的污染水體修復(fù)水生植物，在修復(fù)污染水體過程中根際微生物等植物修復(fù)功能性微生物發(fā)揮了重要作用。本文介紹了植物修復(fù)功能性微生物在鳳眼蓮生態(tài)修復(fù)中的作用并展望了鳳眼蓮的應(yīng)用前景。指出植物修復(fù)功能性徽生物是鳳眼蓮進(jìn)行有效生態(tài)修復(fù)的重要組成部分，進(jìn)一步加強(qiáng)植物修復(fù)功能性微生物研究是今后鳳眼蓮生態(tài)修復(fù)工作取得進(jìn)展的重要園素；對(duì)鳳眼蓮進(jìn)行生物調(diào)控是解決鳳眼蓮生物入侵這一不利因素的有效途徑；鳳眼蓮的克藻作用在富營養(yǎng)化水域生態(tài)慘復(fù)中將發(fā)揮越來越重要的作用。
關(guān)鍵詞 鳳眼蓮,植物修復(fù),生物調(diào)控,富營養(yǎng)化
目前，以高等水生維管束植物鳳眼蓮[Eich—hornia crassipes(Mart．)Solms]為典型代表的水生植物修復(fù)技術(shù)已成為污染水體治理研究的重點(diǎn)方向之一，國內(nèi)外用于凈化養(yǎng)殖污水、工業(yè)廢水和生活污水等方面取得很大進(jìn)展。已經(jīng)證實(shí)，根際微生物等植物修復(fù)功能性微生物在鳳眼蓮修復(fù)污染水體過程中發(fā)揮了重要作用[1-2]。
1植物修復(fù)功能性微生物
植物修復(fù)功能性微生物，又稱為促植物修復(fù)微生物(Phytoremediation—promoting Mieroor—ganisms，PPMs)，從廣義上講，是指存在于植物體內(nèi)、體表或體外，通過自身行為或與修復(fù)植物共同作用，能夠?qū)χ参镄迯?fù)過程產(chǎn)生直接作用或間接促進(jìn)作用的各種微生物的總稱；狹義上講，目前主要指參與植物修復(fù)的植物內(nèi)生微生物、根際微生物和菌根真菌三大類群[3-6]。目前，植物修復(fù)功能性微生物主要按其作用方式進(jìn)行分類(表1)。
2與鳳眼蓮相關(guān)的植物修復(fù)功能性微生物
目前，已知與鳳眼蓮相關(guān)的植物修復(fù)功能性微生物主要包括內(nèi)生微生物和根際微生物。
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植物內(nèi)生細(xì)菌可以在植物維管柬中降解有毒有機(jī)污染物而促進(jìn)植物對(duì)污染物的代謝，如鳳眼蓮可以大幅度加速水溶液中馬拉硫磷的降解，其機(jī)理主要為鳳眼蓮吸收馬拉硫磷后轉(zhuǎn)移至莖葉并在體內(nèi)降解。此外，鳳眼蓮吸收乙硫磷、三氯殺螨醇和三氟氯氰菊酯后在體內(nèi)積累或進(jìn)一步降解[8]，鳳眼蓮內(nèi)生微生物可能參與了降解過程，但是究競(jìng)起到多大作用以及降解機(jī)理等等還沒有詳細(xì)報(bào)道，以后應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究。鳳眼蓮具有發(fā)達(dá)的根系，為種類繁多的微生物提供了棲息和繁殖的場(chǎng)所，其根系分泌物可供給微生物生長(zhǎng)必要的有機(jī)營養(yǎng)和無機(jī)元素，而微生物的代謝產(chǎn)物如含N、P、K的無機(jī)鹽則是鳳眼蓮生長(zhǎng)的必要養(yǎng)分。鳳眼蓮一根際微生物之間形成了根際微生態(tài)系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有松散的非特異性結(jié)合關(guān)系。鳳眼蓮根際的共生微生物對(duì)污染物的降解轉(zhuǎn)化起著重要作用，最近研究表明，鳳眼蓮根際微生物的作用并非僅僅直接降解有機(jī)物，還在一定程度上增強(qiáng)了植物對(duì)污染環(huán)境的適應(yīng)能力，并促進(jìn)植物對(duì)有機(jī)物的吸收而間接加速有機(jī)污染物的降解。
3鳳眼蓮的生態(tài)修復(fù)作用
3．1有機(jī)污染物
譚常等指出，自然條件下鳳眼蓮能凈化含酚污水是其本身具有降解酚的能力，而根際微生物的存在更促進(jìn)了整個(gè)體系的除酚作用。在自然水體中，由于鳳眼蓮的存在，其根際的異養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量和種類均大量增加，從而可以提高降解水體中有機(jī)物的能力[2]。鳳眼蓮龐大的根系是凈化污染物的關(guān)鍵場(chǎng)所，其根部細(xì)胞壁屬生物半透膜，分子量較大、非離子化合物和膠體無法透過而進(jìn)入植物體內(nèi)，如萘不能被鳳眼蓮根部直接吸收在體內(nèi)富集而是被吸附在根部，這樣吸附在根部的萘可以通過根系多種微生物的協(xié)同作用得到降解，因此，根際微生物在凈化過程中起著非常重要的作用。進(jìn)一步研究表明，新鮮鳳眼蓮根系對(duì)苯和萘不僅具有吸附作用，而且還具有吸收或根際微生物降解等作用，因此，鳳眼蓮凈化萘污水的過程基本上分為兩步：首先是鳳眼蓮發(fā)達(dá)的根系在污水中吸附污染物，然后是鳳眼蓮自身對(duì)污染物的吸收降解及根部微生物系統(tǒng)的凈化作用。在造紙廢水二級(jí)生化處理工藝之后增設(shè)的鳳眼蓮氧化塘中，發(fā)達(dá)的鳳眼蓮水下根系能夠有效吸附水中的COD和SS，然后借助根系微生物進(jìn)行降解，可以達(dá)到令人滿意的效果。
3．2無機(jī)污染物
鳳眼蓮在生長(zhǎng)過程中需要大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，因此可以吸收利用水中無機(jī)氮、磷等元素作為其生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營養(yǎng)物質(zhì)。此外，鳳眼蓮發(fā)達(dá)的根系(須根)與水體接觸面積大，形成了一道密集的過濾層，這樣使得其根系能夠吸附大量重金屬；同時(shí)其根際還附著不少微生物，進(jìn)一步加強(qiáng)了積累作用。若水體中重金屬含量過高，將迫使其被動(dòng)吸收，將重金屬積累在新陳代謝緩慢并對(duì)其生長(zhǎng)不構(gòu)成嚴(yán)重威脅的根部。研究表明，重金屬Cd在鳳眼蓮根部積累后可誘導(dǎo)產(chǎn)生植物重金屬螯合肽(Phytochelatin，簡(jiǎn)稱PC)或稱金屬硫肽(Metallothio—peptide，簡(jiǎn)稱MP)，可用于檢測(cè)水體的重金屬污染狀況；同時(shí)，產(chǎn)生PC是鳳眼蓮對(duì)重金屬的抗性機(jī)理的重要表現(xiàn)，是鳳眼蓮解毒的重要方面。利用鳳眼蓮凈化含銀廢水時(shí)，根系微生物在最初24 h內(nèi)因?yàn)殂y的毒害數(shù)量有所減少，48 h后數(shù)量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；最重要的是，根系微生物對(duì)鳳眼蓮具有保護(hù)作用，能減輕銀對(duì)鳳眼蓮的毒害(微生物對(duì)銀的解毒作用)，使其發(fā)揮生態(tài)修復(fù)功能，這一點(diǎn)與鳳眼蓮修復(fù)農(nóng)藥時(shí)根系微生物增強(qiáng)其對(duì)污染環(huán)境的適應(yīng)能力相似。
4鳳眼蓮的應(yīng)用前景
如上所述，與鳳眼蓮相關(guān)的植物修復(fù)功能性微生物是鳳眼蓮進(jìn)行有效生態(tài)修復(fù)的重要組成部分，加強(qiáng)植物修復(fù)功能性微生物研究是今后鳳眼蓮生態(tài)修復(fù)工作取得進(jìn)展的重要因素。鳳眼蓮死亡后殘?bào)w將對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生一定影響，如鳳眼蓮死亡腐爛分解過程中，釋放氮、磷和碳等物質(zhì)。如果這些物質(zhì)的釋放速度大于水體的自凈速度，則會(huì)導(dǎo)致水體的二次污染。這是利用鳳眼蓮凈化水體一直存在爭(zhēng)議的一個(gè)方面凹]。成小英等指出，為了遏制鳳眼蓮腐爛分解引起的水質(zhì)惡化，可以在秋末冬初大量收割鳳眼蓮；提高湖泊水體自凈能力是降低冬季鳳眼蓮腐爛分解對(duì)湖泊水體造成污染的關(guān)鍵所在(如通過種植耐寒沉水植物如菹草等以增強(qiáng)湖泊自凈能力)。另一方面，鳳眼蓮具有很強(qiáng)的生物入侵能力，目前已成為世界上許多國家和地區(qū)的一種惡性入侵種，被列為世界上危害最大的十種雜草之一。最近，人們開始注重利用鳳眼蓮天敵、病原菌和植物化感作用[23_24]控制鳳眼蓮蔓延生長(zhǎng)。例如．鳳眼蓮病原菌Cercospora piaropi引發(fā)的病情能夠在鳳眼蓮植株之間自然傳播，進(jìn)而導(dǎo)致鳳眼蓮大面積死亡；同時(shí)，該菌可在鳳眼蓮老葉上過冬，等來年生長(zhǎng)期到來時(shí)依舊可引起鳳眼蓮患病。
此外，非常重要的是該病原菌是一種高致病力病原菌并且具有較強(qiáng)的寄主專一性，施用時(shí)完全可以在人為控制的條件下，避害趨利，達(dá)到安全使用的目的。近年來研究表明，除了鳳眼蓮根系丙酮抽提物中具有抑藻活性物質(zhì)外，鳳眼蓮活體浸出液、干燥后的浸出液和高溫處理的鳳眼蓮活體浸出液都對(duì)原甲藻的生長(zhǎng)具有抑制作用。
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