同时外施反式植酸核糖苷（trans-zeatin riboside）和EDDS：通过杂交芒草（Miscanthus x giganteus L）显著提高重金属植物提取效率的强大策略

《Chemosphere》：Simultaneous exogenous application of trans-zeatin riboside and EDDS: A powerful strategy to improve heavy metals phytoextraction efficiency by Miscanthus x giganteus L

本研究通过施加EDDS和细胞分裂素CK于受重金属污染的土壤，探究其对大麦哲伊斯龙茅生长及重金属吸收的影响。结果表明，EDDS提高重金属生物有效性但抑制生长，CK促进生长并维持光合作用，两者协同作用显著提升生物富集因子和耐受性。

　　在当今环境污染日益严重的背景下，重金属污染已成为全球范围内亟待解决的问题之一。这些污染物主要来源于采矿、工业活动以及不合理的农业实践，对人类健康和生态系统稳定构成了严重威胁。传统的污染治理方法通常涉及对受污染土壤的挖掘和转移至专门的处理中心，或者在原地建设复杂的治理设施，这些方法不仅成本高昂，而且难以在大面积范围内实施。因此，寻找一种经济、高效且可持续的污染治理手段显得尤为重要。

植物修复技术作为一种替代方案，逐渐受到关注。该技术利用植物及其共生微生物来稳定、降解或提取有机和无机污染物，尤其在处理重金属方面展现出独特的优势。与有机污染物不同，重金属无法被降解，因此植物提取成为最有效的修复方式之一。通过植物根系对重金属的吸收和向地上部分的转运，可以实现对土壤的逐步净化。理想的植物修复植物应具备深根系统、高生物量产出以及较强的耐受性，因为植物修复技术通常需要多个生长周期才能达到最佳效果。而 Miscanthus 属的植物，特别是 Miscanthus x giganteus，正因其符合这些条件而被广泛推荐用于污染土地的修复。

Miscanthus x giganteus 是一种无性繁殖的三倍体植物，由 M. sinensis 和 M. sacchariflorus 杂交而来。它具有较高的生物量产出能力，能够在多种环境条件下生存，因此成为管理污染场地的重要工具。该植物主要被用于生物质能源生产，其产量在最佳条件下可达每公顷 20 到 35 吨。由于其特殊的生长周期，该植物在冬季末被收割，并在春季通过地下茎重新生长。尽管在成年阶段表现出较强的环境适应能力，但在种植初期，从地下茎生长出的幼苗对环境变化较为敏感，因此需要特别关注其生长条件。

尽管已有大量实验室研究探讨植物对重金属的响应机制，但在实际应用中，植物修复技术的推广仍面临诸多挑战。其中，两个主要问题尤为突出：一是大多数植物对重金属敏感，倾向于将污染物储存在根部以避免影响光合组织；二是土壤中部分重金属被黏土颗粒或有机质紧密结合，无法直接被植物吸收，从而限制了植物修复的效果。为了设计出有效的植物修复策略，必须同时解决这两个问题。

针对第一个问题，提高植物对重金属的耐受性是关键。植物激素在调控植物对有毒物质的吸收、转运和积累方面发挥着重要作用。例如，细胞分裂素（CKs）因其促进细胞分裂、光合作用、源库活动、蛋白质合成以及延缓衰老的作用，被认为在多胁迫条件下对植物具有重要的耐受性。已有研究表明，CKs 在多种植物中对重金属的响应具有积极作用，但其与重金属积累和分布之间的具体关系仍不明确。特别是在 Miscanthus x giganteus 中，CKs 的作用机制尚不完全清楚，因此需要进一步研究。

针对第二个问题，提高重金属的生物可利用性是必要的。土壤中某些重金属被紧密吸附在颗粒表面或与碳酸盐、铁或锰氧化物结合，而部分有机质则无法有效降解，导致这些重金属无法被植物直接吸收，从而限制了植物修复的效果。为了增加重金属的生物可利用性，可以使用螯合剂对土壤进行处理，从而实现“辅助植物修复”。目前，EDTA（乙二胺四乙酸）是最常用的螯合剂之一，但其具有较高的移动性，可能导致地下水污染，且其本身具有一定的毒性，并且不易降解。相比之下，可生物降解的螯合剂如 NTA（氮三乙酸）、IDA（亚氨基二琥酸）或 EDDS（乙二胺-N,N′-二琥酸）被认为是更合适的植物修复选择。

EDDS 是一种氨基酸多羧酸，能够与感兴趣的重金属形成六配位复合物。它具有较低的环境毒性，不会残留，并且半衰期较短，对 Cd、Ni、Zn 和 Pb 等重金属具有较高的亲和力。因此，EDDS 被认为是一种理想的螯合剂，用于提高重金属的生物可利用性，从而促进植物对重金属的吸收和积累。然而，EDDS 的使用也会对植物生长产生负面影响，例如降低净光合作用，加速衰老过程，导致植物生长受限。因此，如何在提高重金属生物可利用性的同时，维持植物的生长和生物量产出，成为研究的关键。

为了应对这一挑战，研究者提出了一种联合使用 EDDS 和 CK 的策略。EDDS 的施用可以增加重金属的生物可利用性，从而促进其在植物体内的积累；而 CK 的喷洒则有助于植物更好地耐受积累的重金属。这种联合处理方法能够有效提高植物对重金属的修复能力，同时保持植物的生长状态。通过在受污染土壤中施用 EDDS，并在植物叶片上喷洒 CK，可以在保证重金属提取效率的同时，提高植物的生物量产出，从而实现对污染场地的可持续管理。

在本研究中，通过在受污染土壤中施用 EDDS，并在植物叶片上喷洒 CK，对 Miscanthus x giganteus 进行了为期 16 周的实验。实验结果显示，EDDS 的施用显著提高了重金属的生物可利用性，并促进了其在根、地下茎、茎和叶片中的积累。然而，EDDS 的使用也对植物生长产生了负面影响，导致净光合作用下降，加速了衰老过程。相比之下，CK 的喷洒能够促进植物生长，维持光合作用，并延缓叶片衰老。但 CK 的使用降低了重金属的生物可利用性，从而限制了其在植物体内的积累。

联合使用 EDDS 和 CK 的处理方法则表现出更优的效果。EDDS 的施用提高了重金属的生物可利用性，而 CK 的喷洒则增强了植物对重金属的耐受性，从而实现了对重金属的高效提取和植物的健康生长。实验结果表明，联合处理显著提高了 Cd、Zn 和 Pb 的生物浓缩因子，同时增加了植物的重金属提取潜力和转运因子。这种处理方式不仅提高了植物对重金属的修复能力，还确保了植物的生物量产出，为污染场地的管理提供了新的思路。

植物修复技术的应用需要综合考虑多种因素，包括植物的生理特性、土壤的化学性质以及环境条件的影响。在实际应用中，如何选择合适的植物种类和处理方式，以实现最佳的修复效果，是研究的重点。Miscanthus x giganteus 作为一种理想的植物修复植物，其高生物量产出能力和较强的环境适应性使其成为污染土地修复的首选。然而，其在种植初期的生长状态较为脆弱，因此需要优化种植条件和管理措施。

为了提高植物修复的效果，研究者提出了多种策略，包括使用螯合剂、调节植物激素水平以及优化生长环境等。其中，EDDS 和 CK 的联合使用被认为是一种有效的解决方案。EDDS 能够提高重金属的生物可利用性，而 CK 能够促进植物生长，维持光合作用，并延缓衰老过程。这种联合处理方式不仅提高了植物对重金属的吸收和转运能力，还确保了植物的健康生长，从而实现了对污染场地的可持续管理。

在实际应用中，植物修复技术的推广还需要克服一些障碍。例如，如何在不破坏土壤结构的情况下提高重金属的生物可利用性，如何选择合适的植物种类以适应不同的污染条件，以及如何在提高修复效率的同时，确保植物的生长和生物量产出。此外，还需要考虑螯合剂和植物激素的施用频率和剂量，以避免对环境和植物本身造成不必要的负面影响。

因此，未来的研究方向应集中在以下几个方面：一是深入探讨植物激素在重金属修复中的作用机制，以优化其应用方式；二是开发更高效的螯合剂，以提高重金属的生物可利用性，同时减少对环境的影响；三是研究不同植物种类对重金属的响应差异，以选择最适合的修复植物；四是探索植物修复与其他治理技术的结合，以实现更全面的污染管理。通过这些研究，可以进一步推动植物修复技术在实际中的应用，为解决重金属污染问题提供更加科学和有效的解决方案。