植物对重金属的耐性机理

水生植物对重金属Zn、Cr、Pb、Cd、Co、Ni、Cu等有很强的吸收积累能力。众多的研究表明，环境中的重金属含量与植物组织中的重金属含量成正相关，因此可以通过分析植物体内的重金属来指示环境中的重金属水平。戴全裕在20世纪80年代初从水生植物的角度对太湖进行了监测和评价，认为水生植物对湖泊重金属具有监测能力。水生大型植物以其生长快速、吸收大量营养物的特点为降低水中重金属含量提供了一个经济可行的方法，例如可以通过控制浮萍（Lemnaminor）的浓度使有机和金属工业废物的含量降低到最小[11]。在室内实验中，浮萍（Lemnagibba）可大幅度降低废水中的铁和锌，对锰的去除效率达100%[12]。浮萍对重金属的富集程度超过了藻类和被子植物Azollafilliculoides，尤其是锌的富集系数很高，植株内的浓度比外面培养基内高2700倍。

重金属在植物体内的含量很低，且极不均匀。在同一湖泊中，不同种类的水生植物含量差别很大；同一种类在不同湖泊中，水生植物体内的重金属含量相差也很大。水生植物的富集能力顺序一般是：沉水植物＞浮水植物＞挺水植物。植物对重金属的吸收是有选择性的。当必需元素Zn和Cd与硫蛋白中巯基结合时，Cd可以置换Zn。所以Zn/Cd值是一个反映植物积累能力的很好指标，同时也间接地指示了对植物的破坏程度。实验证明，沉水植物和浮水植物尽管能够吸收很多重金属，特别是Cd的吸收，但是这种吸收不断增加会导致营养元素的丧失，如果程度严重，会导致植物死亡。所以沉水植物和浮水植物适合在低污染区域作为吸收重金属的载体，同时可以监测水体重金属含量。

此外，水生植物会控制重金属在植物体内的分布，使得更多的重金属积累在根部。水生植物根部的重金属含量一般都比茎叶部分高得多。但也有例外的情况，这可能与它们不同的吸收途径有关。对藻类吸收可溶性金属的动力学机制已经研究得比较清楚。藻类对金属的吸收是分两步进行的：第一步是被动的吸附过程（即在细胞表面的物理吸附或离子交换），发生时间极短，不需要任何代谢过程和能量提供；第二步可能是主动的吸收过程，与代谢活动有关，这一吸收过程是缓慢的，是藻细胞吸收重金属离子的主要途径。藻类大量富集重金属，同时沿食物链向更高营养级转移，造成潜在的危险，但另一方面，又可以利用这一特点来消除废水中的污染。重金属以各种途径进入自然水体，其对水体危害是十分严重的，因此利用藻类净化含重金属废水具有重要的意义。

金属不同于有机物，它不能被微生物所降解，只有通过生物的吸收得以从环境中除去。植物具有生物量大且易于后处理的优势，因此利用植物对金属污染位点进行修复是解决环境中重金属污染问题的一个很重要的选择。植物对重金属污染位点的修复有三种方式：植物固定，植物挥发和植物吸收。植物通过这三种方式去除环境中的金属离子。有关水生植物对放射性核素的积累也有报道，如Whicker等发现水生大型植物石莲花（Hydrocotylespp.）比其他15种水生植物积累137Cs和90Sr的能力强[16]。用拂尾藻（NajasgramineaDel.）吸收铜、铅、镉、镍等金属发现，吸收过程在约0.01min-1.恒定速率下与Lagergren动力模型相关，同时平衡结果和朗缪尔（Langmuir）吸收等温线相关。