化学性大气污染的植物修复及其机理研究

化学性大气污染的植物修复及其机理研究

引言

大气污染是大气中污染物含量达到一定程度，对环境、生态和人体健康产生影响或造成损害的现象。控制和治理大气污染是维持和提高区域性和全球性环境质量、保障生态环境卫生和人体健康的迫切需要，也是社会经济可持续发展的重大需求。

植物修复是利用植物及共存微生物与环境之间的相互作用对环境污染物进行清除、分解、吸收或吸附，使污染环境得以恢复的科学与技术。作为一项主要用于清除环境中有毒污染物的绿色修复技术，利用其治理大气污染尤其是近地表大气的有机污染物与无机污染物的混合污染逐渐成为国际上大气污染研究的前沿性课题。

1　大气污染的植物修复

近地表大气中污染物一般可分成3大类：物理性污染物、生物性污染物和化学性污染物，因而，相应地有物理性大气污染、生物性大气污染和化学性大气污染。

大气环境中毒害化学性物质是化学性大气污染物。植物除了可以监测大气的化学性污染外，更重要的是植物可以吸收大气中的化合物或毒害性化学物质，其中最为典型同时也最为重要的是植物通过光合作用对大气中CO₂的吸收和同化。植物还可以通过多种途径修复化学性大气污染物，本文就其修复过程与机理作用进行探讨。

2　化学性大气污染的植物修复

2．1　植物吸附与吸收

植物对于化学性污染物的吸附与叶片形态、粗糙程度、叶片着生角度和分泌物有关。植物枝叶表面可有效地吸附空气中的浮尘、雾滴等悬浮物及其吸附着的气体分子、离子及固体颗粒，O₃、SO₂等可被吸附在叶片和枝干表面的粉尘中。植物还可吸附亲脂性的有机污染物，其吸附效率主要取决于其辛醇一水分配系数。

植物叶片通过气孔或表皮角质层对污染物进行吸收。对气态无机污染物而言，气孔渗透为主要路径；对于挥发或半挥发性的有机污染物，污染物的分子量、溶解性、蒸气压和辛醇一水分配系数等都直接影响植物的吸收；对疏水性极高的有机污染物，更多的是通过角质层渗透。植物叶片对污染物的吸收能力与叶龄和毛状体的多少有关，还与外源污染物的化学性质和渗透条件有关。光照条件控制叶片气孔的开闭，对植物吸收污染物有较大影响。湿润的植物表面可增加对水溶性污染物的吸收。

目前对植物从空气中吸收重金属机理的了解多来自于植物从土壤或水中吸收重金属的研究结果，对于植物如何从空气中吸收重金属的机理认识还很有限，而如何防止植物体内的重金属和其他有毒有害污染物进入食物链是一个需要关注的问题。

2．2　植物降解修复

植物降解是指植物通过代谢过程来降解污染物。或通过植物自生物质如酶类来分解植物体内外污染物的过程。能直接降解有机污染物的酶类主要为：脱卤酶、硝基还原酶、过氧化物酶、漆酶及腈水解酶等，其中硝基还原酶能够有效地降解TNT和其他硝基芳烃；含有漆酶的植物可以有效地降解苯胺化合物，如三氨甲苯；含有脱卤酶的植物可以有效地降解氯化合物和杀虫剂。

对于一些在植物体内较难降解的污染物如PCBs，可将动物或微生物体内能降解这些污染物的基因转入植物体内。这种基因工程的手段不仅能提高植物降解有机污染物的能力，还可使植物修复具有一定的选择性和专一性。

通过转基因植物来高效降解大气环境中难降解污染物的前景是诱人的。但是在植物转基因工程方面还需做很多基础性研究，如选择合适的外源基因和宿主、转基因植物持续高效地表达外源基因及生物安全问题等。

2．3　植物转化修复

植物转化是指利用植物的生理过程将污染物由一种形态转化为另一种形态的过程。最典型也是最重要的便是植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳释放出氧气。植物转化是植物保护自身不受污染物影响的重要生理反应过程。

植物转化过程与植物降解过程有一定的区别，因为转化后的污染物分子结构不一定比转化前的更简单。转化后产物还有可能比转化前物质具更高的生物毒性。但一般对植物本身无毒或低毒。如何防止植物增毒和如何强化植物解毒是利用植物转化修复大气污染物的关键，使植物将有毒有害的污染物转化为低毒低害或完全无毒无害的物质应是主攻方向。

2．4　植物同化和超同化修复

大气有害物质中的硫、碳、氮等都是植物生命活动所需的营养元素，植物通过气孔将CO₂、SO₂等吸人体内参与代谢，最终以有机物的形式储存在氨基酸和蛋白质中，促进植物体自身生长。除CO₂外，植物可以有效地吸收空气中的SO₂，并迅速将其转化为亚硫酸盐至硫酸盐，再加以同化利用。超同化植物可将含有植物所需营养元素的大气污染物如氮氧化合物、硫氧化合物等作为营养物质源高效吸收与同化，同时促进自身的生长。

但是在超同化植物的培养中，发生了基因漂移现象。若将转基因植物释放到环境中，可能会改变物种间的竞争关系，破坏原有自然生态平衡，导致生物多样性的丧失，破坏野生和野生近缘种的遗传多样性。

3　小结

大气污染是一个复杂并涉及到多方面的环境问题。植物修复能否有效地修复大气污染物、净化大气环境，受到诸多因素的影响和限制。这些因素除了来自植物本身外，还来自气候、土壤、污染物以及公众环境修复意识等方面。人们利用自然植物资源不仅修复已受损的土、水栖身地，也一定可以修复栖身地的大气环境，从而改善和提高整体环境质量，造福于人类。