凤眼莲对污染水环境的生态修复作用
摘要 凤眼莲是重要的污染水体修复水生植物，在修复污染水体过程中根际微生物等植物修复功能性微生物发挥了重要作用。本文介绍了植物修复功能性微生物在凤眼莲生态修复中的作用并展望了凤眼莲的应用前景。指出植物修复功能性徽生物是凤眼莲进行有效生态修复的重要组成部分，进一步加强植物修复功能性微生物研究是今后凤眼莲生态修复工作取得进展的重要园素；对凤眼莲进行生物调控是解决凤眼莲生物入侵这一不利因素的有效途径；凤眼莲的克藻作用在富营养化水域生态惨复中将发挥越来越重要的作用。
关键词 凤眼莲,植物修复,生物调控,富营养化
目前，以高等水生维管束植物凤眼莲[Eich—hornia crassipes(Mart．)Solms]为典型代表的水生植物修复技术已成为污染水体治理研究的重点方向之一，国内外用于净化养殖污水、工业废水和生活污水等方面取得很大进展。已经证实，根际微生物等植物修复功能性微生物在凤眼莲修复污染水体过程中发挥了重要作用[1-2]。
1植物修复功能性微生物
植物修复功能性微生物，又称为促植物修复微生物(Phytoremediation—promoting Mieroor—ganisms，PPMs)，从广义上讲，是指存在于植物体内、体表或体外，通过自身行为或与修复植物共同作用，能够对植物修复过程产生直接作用或间接促进作用的各种微生物的总称；狭义上讲，目前主要指参与植物修复的植物内生微生物、根际微生物和菌根真菌三大类群[3-6]。目前，植物修复功能性微生物主要按其作用方式进行分类(表1)。
2与凤眼莲相关的植物修复功能性微生物
目前，已知与凤眼莲相关的植物修复功能性微生物主要包括内生微生物和根际微生物。
 |
植物内生细菌可以在植物维管柬中降解有毒有机污染物而促进植物对污染物的代谢，如凤眼莲可以大幅度加速水溶液中马拉硫磷的降解，其机理主要为凤眼莲吸收马拉硫磷后转移至茎叶并在体内降解。此外，凤眼莲吸收乙硫磷、三氯杀螨醇和三氟氯氰菊酯后在体内积累或进一步降解[8]，凤眼莲内生微生物可能参与了降解过程，但是究竞起到多大作用以及降解机理等等还没有详细报道，以后应加强这方面的研究。凤眼莲具有发达的根系，为种类繁多的微生物提供了栖息和繁殖的场所，其根系分泌物可供给微生物生长必要的有机营养和无机元素，而微生物的代谢产物如含N、P、K的无机盐则是凤眼莲生长的必要养分。凤眼莲一根际微生物之间形成了根际微生态系统，此系统具有松散的非特异性结合关系。凤眼莲根际的共生微生物对污染物的降解转化起着重要作用，最近研究表明，凤眼莲根际微生物的作用并非仅仅直接降解有机物，还在一定程度上增强了植物对污染环境的适应能力，并促进植物对有机物的吸收而间接加速有机污染物的降解。
3凤眼莲的生态修复作用
3．1有机污染物
谭常等指出，自然条件下凤眼莲能净化含酚污水是其本身具有降解酚的能力，而根际微生物的存在更促进了整个体系的除酚作用。在自然水体中，由于凤眼莲的存在，其根际的异养细菌的数量和种类均大量增加，从而可以提高降解水体中有机物的能力[2]。凤眼莲庞大的根系是净化污染物的关键场所，其根部细胞壁属生物半透膜，分子量较大、非离子化合物和胶体无法透过而进入植物体内，如萘不能被凤眼莲根部直接吸收在体内富集而是被吸附在根部，这样吸附在根部的萘可以通过根系多种微生物的协同作用得到降解，因此，根际微生物在净化过程中起着非常重要的作用。进一步研究表明，新鲜凤眼莲根系对苯和萘不仅具有吸附作用，而且还具有吸收或根际微生物降解等作用，因此，凤眼莲净化萘污水的过程基本上分为两步：首先是凤眼莲发达的根系在污水中吸附污染物，然后是凤眼莲自身对污染物的吸收降解及根部微生物系统的净化作用。在造纸废水二级生化处理工艺之后增设的凤眼莲氧化塘中，发达的凤眼莲水下根系能够有效吸附水中的COD和SS，然后借助根系微生物进行降解，可以达到令人满意的效果。
3．2无机污染物
凤眼莲在生长过程中需要大量的氮、磷等营养物质，因此可以吸收利用水中无机氮、磷等元素作为其生长发育所必需的营养物质。此外，凤眼莲发达的根系(须根)与水体接触面积大，形成了一道密集的过滤层，这样使得其根系能够吸附大量重金属；同时其根际还附着不少微生物，进一步加强了积累作用。若水体中重金属含量过高，将迫使其被动吸收，将重金属积累在新陈代谢缓慢并对其生长不构成严重威胁的根部。研究表明，重金属Cd在凤眼莲根部积累后可诱导产生植物重金属螯合肽(Phytochelatin，简称PC)或称金属硫肽(Metallothio—peptide，简称MP)，可用于检测水体的重金属污染状况；同时，产生PC是凤眼莲对重金属的抗性机理的重要表现，是凤眼莲解毒的重要方面。利用凤眼莲净化含银废水时，根系微生物在最初24 h内因为银的毒害数量有所减少，48 h后数量达到稳定状态；最重要的是，根系微生物对凤眼莲具有保护作用，能减轻银对凤眼莲的毒害(微生物对银的解毒作用)，使其发挥生态修复功能，这一点与凤眼莲修复农药时根系微生物增强其对污染环境的适应能力相似。
4凤眼莲的应用前景
如上所述，与凤眼莲相关的植物修复功能性微生物是凤眼莲进行有效生态修复的重要组成部分，加强植物修复功能性微生物研究是今后凤眼莲生态修复工作取得进展的重要因素。凤眼莲死亡后残体将对水质产生一定影响，如凤眼莲死亡腐烂分解过程中，释放氮、磷和碳等物质。如果这些物质的释放速度大于水体的自净速度，则会导致水体的二次污染。这是利用凤眼莲净化水体一直存在争议的一个方面凹]。成小英等指出，为了遏制凤眼莲腐烂分解引起的水质恶化，可以在秋末冬初大量收割凤眼莲；提高湖泊水体自净能力是降低冬季凤眼莲腐烂分解对湖泊水体造成污染的关键所在(如通过种植耐寒沉水植物如菹草等以增强湖泊自净能力)。另一方面，凤眼莲具有很强的生物入侵能力，目前已成为世界上许多国家和地区的一种恶性入侵种，被列为世界上危害最大的十种杂草之一。最近，人们开始注重利用凤眼莲天敌、病原菌和植物化感作用[23_24]控制凤眼莲蔓延生长。例如．凤眼莲病原菌Cercospora piaropi引发的病情能够在凤眼莲植株之间自然传播，进而导致凤眼莲大面积死亡；同时，该菌可在凤眼莲老叶上过冬，等来年生长期到来时依旧可引起凤眼莲患病。
此外，非常重要的是该病原菌是一种高致病力病原菌并且具有较强的寄主专一性，施用时完全可以在人为控制的条件下，避害趋利，达到安全使用的目的。近年来研究表明，除了凤眼莲根系丙酮抽提物中具有抑藻活性物质外，凤眼莲活体浸出液、干燥后的浸出液和高温处理的凤眼莲活体浸出液都对原甲藻的生长具有抑制作用。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
