利用植物解決環(huán)境問題

1、如何利用植物生理學理論如何利用植物生理學理論 解決環(huán)境污染問題解決環(huán)境污染問題 組員：組員： 程謙、魏小曼、劉皎佼、謝曉婧程謙、魏小曼、劉皎佼、謝曉婧 孫祥道、王浩源、呂勤、廖水林孫祥道、王浩源、呂勤、廖水林 主要環(huán)境問題主要環(huán)境問題 重金屬污重金屬污 染染 土地荒土地荒 漠化漠化 水體富水體富 營養(yǎng)化營養(yǎng)化 2 / 12 重金屬污染重金屬污染01 1-1 重金屬污染及其危害重金屬污染及其危害 場外修復場外修復 1-2 去除重金屬污染的方法去除重金屬污染的方法 微生物修復微生物修復 植物修復植物修復 1-1重金屬污染及其危害重金屬污染及其危害 01 重金屬污屬污染指由重金屬（汞、鎘、鉛、鉻以及

2、類金屬砷）或其化合物 造成的環(huán)境污染。主要來源于工業(yè)污業(yè)污染，其次是交通污染和生活垃圾污 染。 02 重金屬污染會對人體健康和自然環(huán)境產(chǎn)生大量危害。其最大特點是重 金屬不能在環(huán)環(huán)境中降解，只能遷遷移。也就是說，一旦水體或土壤被重金 屬污染，水體和土壤不能靠自身的凈化作用將其消除，除被懸浮物帶走 的外，重金屬會因吸附沉淀作用而富集于排污口附近的底泥中，成為長長 期的次生污污染源；同時由于重金屬容易在生物體內(nèi)內(nèi)聚積積，隨著時間的推 移，當重金屬在生物體內(nèi)積聚到一定的量后，會使生物體致畸或?qū)е峦?變，最終會導致生物體死亡。重金屬對人體的另一危害途徑是通過食物 鏈傳遞鏈傳遞，魚、蝦長期接觸重金屬含量高

3、的環(huán)境，會導致重金屬在體內(nèi)聚 集，一旦這些食物被人體攝入后，經(jīng)過一段時間的積累，就會對人體健 康產(chǎn)生極大的危害 4 / 12 1-2 01 場場外修復復 先將被污染區(qū)域內(nèi)的土壤挖掘、轉(zhuǎn)移，再去除金屬離子 02 微生物修復復 通過微生物的作用清除土壤和水體中的污染物 03 植物修復復 利用植物將土壤、地表中的危險性污染物現(xiàn)場去除或降解 去除重金屬污染的方法去除重金屬污染的方法 6 / 12 1-2-3 01 植物修復復去除重金屬屬污污染物的機理 1）植物揮發(fā)揮發(fā)：是指利用一些植物來來促進進重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)閷俎D(zhuǎn)變?yōu)榭蓳]發(fā)揮發(fā)的形態(tài)態(tài),揮發(fā)揮發(fā)出土 壤和植物表面的過過程。 一些金屬,如硒、砷和汞等生物甲

4、基化后可以形成可揮發(fā)性的分子。 例如Rugh等已成功地把細菌的Hg2+還原酶基因?qū)霐M南芥植株,最終的轉(zhuǎn) 基因植株能忍耐并揮發(fā)汞;另一些植物則可將環(huán)境中的硒轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)的氣態(tài)形 式,從而降低硒對土壤生態(tài)系統(tǒng)的毒性。 另有研究表明,根際細菌不僅能夠增強植物對硒的吸收,而且還能提高硒的揮 發(fā)率。這主要是由于根際細菌能刺激產(chǎn)生一種熱穩(wěn)定化合物,并使其通過質(zhì)膜進 入植物根系內(nèi);而這種熱穩(wěn)定化合物進入植物根際后,硒鹽就會在植物體內(nèi)大量積 累,并轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)的氣態(tài)形式。 植物修復技術(shù)植物修復技術(shù) 7 / 12 1-2-3 2）植物穩(wěn)穩(wěn)定或鈍鈍化：即利用植物吸收和沉淀 來來固定土壤中 的大量有毒金屬屬,以降

5、低其生物有效性和防止其進進入地下水和 食物鏈鏈。 具體地說,主要是保護污染土壤不受侵蝕,減少土壤滲漏,防止金屬污 染物的淋移;或者是通過在根部累積和沉淀,或通過根表吸收金屬來改變污 染物的化學形態(tài)。 此外,植物還可以通過改變根際環(huán)境(pH、Eh值等)來改變污染物的化 學形態(tài)。這種植物穩(wěn)定與鈍化技術(shù)相結(jié)合將會顯示出更大的應(yīng)用潛力。 植物修復技術(shù)植物修復技術(shù) 8 / 12 1-2-3 3）植物提?。河址Q稱植物吸取或吸收,是利用一些擁擁有超量積積累能力的植 物對對重金屬屬的吸收和在地上部的積積累,并并通過過收獲獲地上部來達來達到減減少土 壤重金屬屬含量的目的。 植物修復技術(shù)植物修復技術(shù) 9 / 12

6、 一些真菌、動物或植物在受Cd、Zn、Cu等重金屬脅迫后能誘導金屬硫蛋白(M etallothionein, MT)等的合成 ,從而降低了重金屬的毒性。 已有人成功地將克隆了的人體金屬硫蛋白基因轉(zhuǎn)移到非金屬抗性的煙草細胞中, 首次證明了在植物系統(tǒng)中金屬硫蛋白基因的遺傳性表達。另有研究表明,植物 體內(nèi)一種被稱作植物絡(luò)合素的物質(zhì),可在高等植物中聚集重金屬,從而降低重金 屬的毒性。 具有超量積累能力的植物，包括超量積累植物和一些本不具有超量積累特性但 通過一些過程和誘導物可以誘導出超量積累能力的植物。其之所以能被用于提 取土壤中的重金屬,是由于其對重金屬具有很強的耐性。當重金屬進入植物體 細胞后,即

7、可通過區(qū)域化(如Al和Cd累積在細胞的液泡或細胞壁中),或者形成沉 淀(如磷酸鎘),或者通過螯合或絡(luò)合作用而降低重金屬的毒性。 水體富營養(yǎng)化水體富營養(yǎng)化 02 2 2-1-1水體富營養(yǎng)化的原因水體富營養(yǎng)化的原因 2-22-2水體富營養(yǎng)化的治理方法水體富營養(yǎng)化的治理方法 水體富營養(yǎng)營養(yǎng)化(eutrophication) 是指在人類活動的影響下，生物所需的氮氮、磷等營養(yǎng)營養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)大量進進入 湖泊、河口、海灣灣等緩緩流水體，引起藻類類及其他浮游生物迅速繁殖，水 體溶解氧氧量下降，水質(zhì)惡質(zhì)惡化，魚類魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)現(xiàn)象。 在自然條件下，湖泊也會從貧營養(yǎng)狀態(tài)過渡到富營養(yǎng)狀態(tài)，不過這 種自然過程

8、非常緩慢。而人為排放含營養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所 引起的水體富營養(yǎng)化則可以在短時間內(nèi)出現(xiàn)。水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象時， 浮游藻類大量繁殖，形成水華（淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然生 態(tài)現(xiàn)象）。因占優(yōu)勢的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍色、紅色、 棕色、乳白色等。這種現(xiàn)象在海洋中則叫做赤潮或紅潮。 2-2 01 物理方法： 投資高，工程量大，存在二次污染風險（如清淤） 02 化學學方法： 存在二次污染，有毒害最用（如鈍化劑、沉淀劑） 03 生物方法： 周期長，需要考慮自然環(huán)境 水體富營養(yǎng)化的治理方法水體富營養(yǎng)化的治理方法 12 / 12 2-2-3 01 食物鏈鏈原理： 通過食物鏈使浮游動物

9、增加，進而增加對 浮游植物的消耗，改善水體環(huán)境 02 植物生理原理： 利用水生生物吸收利用氮、磷元素進行代 謝活動以去除水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì) 水體富營養(yǎng)化的治理方法水體富營養(yǎng)化的治理方法 13 / 12 2-2-3 01 大型水生植物： 包括鳳眼蓮、蘆葦、狹葉香蒲、加拿大海羅地、多穗尾藻、麗藻、破銅錢等 許多種類，可根據(jù)不同的氣候條件和污染物的性質(zhì)進行適宜的選栽。水生植物凈 化水體的特點是以大型水生植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)， 凈化污水。經(jīng)過植物直接吸收、微生物轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和 懸浮顆粒，同時對重金屬分子也有降解效果。 02 一些沉水植物： 如伊樂藻菹

10、草，雖然生長期在冬季，但在只有其生長的區(qū)域，很容易由于其 衰亡而造成水體透明度的逐漸下降，使得其在冬季的生長受到限制，影響其對水 體的凈化作用。利用耐寒型沉水植物和喜溫溫植物組組建常綠綠型水生植被，可以彌補 這一不足，形成生長期和凈化功能的季節(jié)性交替互補。除了吸收營養(yǎng)物質(zhì)之外， 這些植物的水質(zhì)凈化功能還表現(xiàn)在其對對浮游藻類類的競爭競爭抑制以及對湖水中污污染物 的吸附凈凈化和促進進沉降等方面。研究表明不論是夏季還是冬季，常綠水生植被系 統(tǒng)對水體中總磷總氮均有較高的去除率。 水體富營養(yǎng)化的治理方法水體富營養(yǎng)化的治理方法 14 / 12 2-2-3 03 高等水生植物： 包括挺水植物、漂浮植物、根生

11、浮葉植物和沉水植物。水生植物在富營養(yǎng)化 水體的凈化中起著十分重要的作用。其對水體的凈化是吸附沉淀、吸收代謝謝、富 集濃縮濃縮等各種綜合作用的結(jié)果。一方面，水生植物自身能吸收一部分營養(yǎng)物質(zhì)以 供植物體本身的生長發(fā)育；另一方面，植物根區(qū)為微型生物的生存及其降解營養(yǎng) 物質(zhì)提供了必要的場所和相互分異的氧化還原微環(huán)境。 水生高等植物重要的功能之一就是將氧氣從將氧氣從上部輸輸送至根部，使根區(qū)區(qū)形成一 種種好氧環(huán)氧環(huán)境，從從而刺激有機物質(zhì)質(zhì)的分解和硝化細細菌的生長長。因此，選擇運送氧氣 到根區(qū)能力強的水生植物來凈化水體是至關(guān)重要的。 影響植物去除氮磷效果的因素有很多，如溫度，水體中的營養(yǎng)鹽濃度，pH 值等。

12、當溫度處于植物適應(yīng)的范圍內(nèi)時，隨著溫度的升高，植物的生長速度加快， 其對水體中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除效果也隨之增強;水體中營養(yǎng)鹽濃度較大時， 有利于植物的生長，其對氮磷的去除效果也較好;大氣中 O2濃度的升高主要通過 影響植物生長而間接影響微生物的生長和活動;在不同pH值條件下，微生物群落 活性不相同，其凈化效果也不同。 水體富營養(yǎng)化的治理方法水體富營養(yǎng)化的治理方法 15 / 12 2-2-3 生物方法的優(yōu)優(yōu)點： 01 改善和凈化水質(zhì) 02 去除N、P，控制水體富營養(yǎng)化 03 吸收、富集重金屬 水體富營養(yǎng)化的治理方法水體富營養(yǎng)化的治理方法 16 / 12 土地荒漠化土地荒漠化 03 3-1 土地

13、荒漠化出現(xiàn)的原因土地荒漠化出現(xiàn)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、植被破壞、 大風風吹蝕蝕、流水侵蝕蝕、土壤鹽漬鹽漬化等因素造 成的大片土壤生產(chǎn)產(chǎn)力下降或喪喪失的自然（非 自然）現(xiàn)現(xiàn)象。 土地荒漠化出現(xiàn)的原因土地荒漠化出現(xiàn)的原因 19 / 12 3-2 植物防治荒漠化： 植物治沙是通過封育和栽種植物等手段， 達到防治沙漠，穩(wěn)定綠洲，提高沙區(qū)環(huán)境質(zhì) 量和生產(chǎn)潛力的一種技術(shù)措施。 土地荒漠化的治理方法土地荒漠化的治理方法 20 / 12 3-2 植物個個體對對干旱的適應(yīng)應(yīng)特征： 01 根系生長迅速而發(fā)達 02 具有旱生形態(tài)結(jié)構(gòu) 03 形成抗旱

14、的生理機能 04 植物的化學成分發(fā)生變化 地上部分逐漸縮減漸縮減, , 表面特化, , 表面積縮積縮小，形成了獨獨特的抗旱、討討旱 和避旱的解剎結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和與結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)應(yīng)的特定的生理特性，以適應(yīng)應(yīng)干旱、高 溫溫、強光的大氣氣生境。 地下部分不斷擴斷擴大，根系發(fā)達發(fā)達，增大了土攘營養(yǎng)營養(yǎng)面積積和水分吸收能力， 以適應(yīng)應(yīng)干旱、貧貧痔的土壤土壤生境和杭御風風沙危害。 土地荒漠化的治理方法土地荒漠化的治理方法 21 / 12 3-2 推薦植物：花棒 優(yōu)點： 01 根系發(fā)達發(fā)達：花棒主、側(cè)根都極發(fā)達。一般分布于20-60 cm的沙層中， 較粗壯，貯存較多的水分和養(yǎng)分，對成活有利。 02 抗逆性強：花

15、棒葉片表面被有深厚的角質(zhì)層，葉片內(nèi)維管束、柵欄組 織高度發(fā)達，利于水分的補充和營養(yǎng)的輸送?；ò羟o干外部包著數(shù)層尚 未剝落的莖皮，即使沙面溫度高達50一60，莖干也不會灼傷，使莖 干得到保護； 03 耐瘠?。夯ò糁挥懈?，能固定空氣中氮以供給自身需要，因而在瘠 薄的沙地上能旺盛生長，有良好的改土效果。 04 花期長長：花棒在當年新枝上形成花芽，5月下旬開始開花，花期一直 延續(xù)至9月，盛花期為78月，顏色為粉紅色，在荒涼的沙漠形成一道靚 麗的風景。 土地荒漠化的治理方法土地荒漠化的治理方法 22 / 12 3-2 植物對對沙漠環(huán)環(huán)境的改善： 01 植物體具龐大的根系, 根深和根幅遠大于株高，冠幅表

16、常 生有許多根狀莖, 以截持降水和利用土壤空間、有限的水分 和養(yǎng)分, 同時增強地上部分對風沙的抗性。 02 植物以其茂密的枝葉和聚積枯落物庇護表層沙粒，降低 近地層風速，加速土壤形成過程。 03 在植被覆蓋下，反射率、風速、水蒸發(fā)量顯著降低，相 對濕度提高。改善小氣候的作用可加速成土過程。 土地荒漠化的治理方法土地荒漠化的治理方法 24 / 12 3-2 土壤結(jié)結(jié)皮 01 前藻結(jié)結(jié)皮階階段。該階段，土壤微生物首先定居于地表，細菌能夠分泌 出胞外多糖黏結(jié)沙粒，真菌和放線菌的菌絲體能夠從旁協(xié)助來捆綁沙粒， 土壤理化性質(zhì)改善和有機質(zhì)的積累促進了藻結(jié)皮的形成； 02 藻結(jié)結(jié)皮階階段。該階段絲狀藻類能夠分泌黏性更強的多糖，其藻絲體的 韌性也更強，這樣，沙粒進一步被膠結(jié)和捆綁在一起，地表穩(wěn)定性顯著 增加； 03 地衣和苔蘚結(jié)蘚結(jié)皮階階段。此時，開