[00033388]内生菌能源植物－－微生物联合修复矿山重金属污染技术

一、技术领域及背景
环境与发展不仅在我国，也是当前国际社会普遍关注的重大问题，而人类生产活动和经济增长所依赖的重要手段-矿产资源开发和利用所引起的生态、社会及经济等问题又是环境及发展的焦点问题之一。采矿活动及废弃物的排放，不仅破坏和占用大量的土地资源，日益加剧我国人多地少的矛盾，而且矿山废弃地的排放和堆存也带来了一系列如土地退化、重金属污染、生态系统和景观破坏、侵占土地、污染环境等影响深远的环境问题，进而制约了当地社会、经济的发展，也危害到人体的健康。因此，矿业废弃地的复垦修复已成为我国当前所面临的紧迫任务之一，也是我国实施可持续发展战略应优先关注的问题之一。矿产资源的开发利用，既为经济发展提供了重要的原材料和资源，对经济发展起到了巨大的推动作用，同时由此产生了空气污染、水体污染、土壤污染和土地荒漠化等也对环境产生了重大影响。不仅在我国，隨着世界各国工业化进程的加快，环境污染和破坏造成的土地废耕，工业废弃地、生态系统失调等环境问题巳成为当今制约社会、经济发展，威胁人类生存的重大问题。为此，世界各国都在积极地寻求有效地觧决这些问题的方法和措施，而矿业废弃地的植被恢复和重建对国土资源合理利用及生态环境保护均有重要意义。
二、技术发明内容
重金属多为非降觧型的有毒物质，不具备自然净化能力，一旦进入环境中就很难去除。对于矿山中重金属污染的修复，传统的工程、物理以及化学修复方法具有很大的局限性、难以大规模的处理，並且因此导致二次污染而备受指责，生物修复尤其是内生菌植物修复是一项新兴的修复技术，经济且环境友好，具有良好的社会、生态综合效益，並且易被大众接受，将是未来首选的並且将大力研究开发的修复方法。重金属污染的修复是一个系统工程，单一的修复技术难以达到预期的效果，在以植物修复为主的同时，辅以化学、微生物及各种调控措施，增加重金属的生物有效性，促进植物的生长和吸收，从而提高植物修复效率。以从污染地区超累积植物体内分离的内生菌为对象，以筛选並应用功能内生菌治理与修复环境重金属污染为主要内容，以深入探讨功能内生菌在修复过程中的作用与机制为重点，力求为重金属污染的修复寻求良好的微生物新资源及功能性植物（能源植物等）以提高重金属修复的实效性和经济性的理论基础与技术路线。
三、技术发明的创新点
内生菌是定殖于植物体内的一类与宿主相互作用的微生物，但其在环境修复领域的研究一直被忽视，人们对其的研究集中于农业和医药领域的应用潜力。隨着根际促生菌在环境重金属或有机污染的生物修复领域显示出巨大的应用潜力，并得到研究者的广泛关注，植物内生菌作为一种微生物新资源，在这一领域的应用也正在成为关注的热点。内生菌作为一类与植物关系宻切的微生物，增加植物对污染压力的耐受力以及降解体内污染物而达到修复效果的植物-内生菌联合修复技术正成为一个非常有前途的新研究应用领域。目前，重金属污染微生物吸附研究的对象绝大多数都是从重金属污染严重的地区和环境中分离获得的微生物。因此，我到一种能够从大量丰富的微生物资源中快速、髙效地筛选出对某一特定重金属具有较好生物修复潜力的微生物菌种的方法就显得非常重要。重金属超累积植物似乎是一种天然的“过滤装置”，特异性地从超累积植物内筛选出针对其累积、吸收重金属具有优良生物修复潜力的菌株要比目前广泛采用的盲目地从实际多种重金属污染地区筛选的方法要简单、方便和快速得多。超累积植物内生菌所独具的另一特奌也使得它在矿山中重金属污染植物-微生物联合修复领域潜在的众多微生物来源中能够脱颖而出。近年来，陵着基因工程技术的不断发展和创新，人们已经可以将生物转化、生物吸附、生物矿殖化等一系列重金属生物修复能力成功地赋予那些诸如大肠杆菌等原本就不具备任何重金属抗性的微生物。这些具备重金属修复能力的基因工程菌与超累积植物内生菌一样，是一类重要的潜在重金属生物修复微生物。由于重金属污染地区的超累积植物体内分离得到的内生菌是土著微生物，因此应用这些超累积植物内生菌来修复当地重金属污染就绝对不会存在任何生物安全问题。相对于基因工程菌来说，超累积植物内生菌更大一奌的优势是它具备更髙的适应性，能在更加严酷的环境中好好地生存。因此，就目前来看，超累积植物内生菌要比一般的基因工程菌更加适合实际重金属污染的生物修复技术。
微生物强化植物修复技术。植物根系和环境微生物之间相互作用而形成的独特圈带，它以植物的根系为中心毅集了大量的真菌、细菌等微生物，构成了污染环境中极为独特的“生态修复单元”。许多研究者注意到了植物-微生物共存体对重金属超累积的重要性，微生物的新陈代谢活动对污染物具有吸收、吸附、活化和降解作用，因此，植物根际-微生物系统的相互作用将是提高污染环境植物修复能力的一个活跃领域。在所有根际微生物中，从枝真菌和根际促生菌在强化植物提取重金属方面的应用研究最多。
四、成果的应用
隨着不可再生的矿物质能源的日益衰竭，以及全球气候变暖的日益严峻，研究和开发生物质能源巳成为国际研究的热点之一。生物质能源可替代部分的矿物质能源，同时有利于阻止温氏效应的恶化，生物质能源属于可再生、环境友好型的绿色清洁能源。隨着环境重金属污染的深度及广度在不断增加，越来越多的重金属污染的环境沦为不适宜种植粮食作物仅饲料作物的种植。这些因素客观导致了我国用于种植粮食作物的耕地资源紧张，加之我国人口众多使得人均耕地面积越来越不足，粮食安全本身就是影响社会安定与发展的重要因素。隨着生物质能源的大范围推广，势必引发能源植物与粮食作物对有限耕地的竞争，近年来此问题已成为经济学界关注的问题。若能将矿山废弃地修复与土地资源开发利用相结合，无疑会达到矿山修复与缓解土地资源困境。因此，将具有重金属污染修复能力的植物种植在矿山重金属污染的边际土地上，无疑为缓解能源植物与粮食作物对有限农业耕地竞争提供了新途径。
五、市场前景
土壤重金属污染植物修复技术自20世纪至今，因其原位、绿色经济、操作简单等优点而备受关注，其中不乏成功的田间试用案例。但从总体来看，目前重金属污染土地的植物修复技术仍处于实验室试验和田间示范阶段，鲜有成功的商业案例。这主要是与用于修复的超累积植物往往生物量低，提取效率偏低导耗时长有关。采用内生菌能源植物-微生物联合修复矿山重金属污染技术不失为一个较好的选择。