JHM | 土壤-植物系統中的釩:來源、命運、毒性和生物修復
2021-02-28 農環視界
圖文摘要
釩是一種重要的金屬元素，廣泛應用於機械製造、汽車、航天、鐵路、橋梁等領域，同時，也是非常寶貴的戰略性資源。由於釩礦物活動的增加，土壤釩汙染已經受到大量的關注。釩具有多種價態，分別為+2、+3、+4和+5，土壤環境中釩主要以+4 和+5 價態存在。同時，釩的遷移性和毒性與其價態有較大的關係，其中，釩(+5)具有最強的遷移性和毒性。釩的地球化學行為受到不同環境因素的影響，因而產生不同的活性和生物效應。一般而言，低濃度的釩能夠促進植物生長，然而，高濃度的釩對植物、動物及人類均將產生毒害作用。同時，不同的植物對釩有不同的耐性，其自身解毒機理也存在一定的差異。因此，綜合了解釩的地球化學行為、釩在土壤-植物體系的轉運、釩對植物毒性及相關解毒機理，對釩汙染土壤的風險評估及生物修復具有較大的意義。
圖1.土壤-植物系統中的釩
圖2 釩脅迫下活性氧的產生、過氧化傷害及抗氧化酶系統的響應
文章指出，釩在土壤中主要以殘渣態為主，同時，其化學形態容易受土壤環境條件的影響，包括氧化還原電位、土壤pH、有機質和微生物。釩主要積累在植物根部，僅有極少部分被轉運至地上部。然而，狗尾草和青刀豆能轉運大量的釩至地上部。此外，由於釩酸鹽與磷酸鹽有相似的電荷和結構，因而其能通過磷吸收系統進入植物體內。當低劑量的釩進入植物體內後，其利於植物生長和發育，但過量釩進入後，則會對植物產生毒性效應。這可能導致植物萌芽率降低，根部和地上部生物量減少，以及植物光合作用與營養元素吸收受到抑制。此外，高劑量的釩也能誘導植物體內產生過量的活性氧，進而導致植物營養失衡，電子傳遞系統受限，脂質過氧化，甚至細胞死亡。為了清除過量的活性氧和提升釩耐性，植物已經發展了一系列防禦措施，如與配體螯合、固定釩於細胞壁和液泡以及抗氧化酶系統。然而，釩的植物毒性及解毒相關機理在分子水平上的研究仍較為匱乏，仍是很大的挑戰。同時，探索釩在植物-土壤體系中吸收轉運過程的關鍵分子機理是未來重要的研究目標。文章進一步分析了植物和微生物修復釩汙染土壤相關措施，並且指出植物-微生物聯合修復釩汙染土壤具有較大的前景。
論文連結
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124200
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