人们早就知道，植物能够通过根系吸收各种金属和非金属，并将它们分别储存或生物积累在根、茎和叶中。然而，直到最近这才成为一种可行的方法来修复各种土壤环境。这种新方法被称为植物修复。植物修复是利用植物和相关的土壤微生物来降低环境中污染物的浓度或毒性影响（Ali et al. 2013，第869页）。与各种形式的机械修复相比，植物修复是一种可行的修复方法，因为它具有通用性、经济性和环保性。植物修复不仅对环境安全，而且对环境有益（Glass, 2000）。环境效益包括改善生物多样性、土壤保护、碳封存、流域管理、能源多样化和美学（Dickinson et al. 2009）、稳定性和可持续性（Adams et al. 2013）。植物修复可以通过多种方式去除环境中的污染物。有些植物可以通过根系吸收来自地下的污染物，并重新组成原子，形成一种对环境中性或安全的化合物。像这样的植物不需要收割，可以在其整个生命周期内修复土壤（Kumar et al. 1995）。然而，最常见的植物修复形式被称为植物提取。植物提取的方法非常简单。就像植物可以通过根部吸收养分和水分一样，它们也可以吸收金属、炸药、溶剂和石油产品等。一旦这些污染物被吸收，它们就会在植物中储存和积累起来。这些污染物可以积聚在根、茎和叶中（Kumar et al. 1995）。不同的植物物种有不同的储存能力，而这些能力又可以通过使用基因改造而改变，从而积累更多。
变基因植物在植物修复中的应用
植物修复相对于机械修复而言是一种更安全、更好的修复方法，但植物作为修复方法有其局限性。植物作为活的有机体，其在组织中积累污染物的数量是有限的。植物和人类一样，也不是万能的。植物修复的另一个缺点是，与物理化学过程相比，它通常是一个较慢的方法，可能需要被视为一个长期的修复过程（Cunningham, Berti & Huang, 1995）。天然的超富集植物通常只积累特定的污染物。大多数植物生长缓慢，生物量小（Cunningham et al. 1993）。特别是金属超富集是一种相对少见的现象，只发生在少数陆生植物中。目前已鉴定出约400种天然超富集植物，占被子植物总数的不到0.2% （Baker et al. 2000）。
由于天然超富集体的明显局限性，如罕见、生长缓慢和富集能力有限，变基因植物的使用变得越来越重要。由于亲本之间的性不亲和性，传统的育种方法被认为是不可行的自然增加金属的提取（Lasat, 2002）。通过生物技术，已经培育出能够大量积累高浓度有毒金属并将其从根转移到芽或将其降解的植物。例如，Rugh等人（1998）对含有两种细菌基因mer A和mer B的黄杨进行了改造，以从污染土壤中富集汞并对其解毒（Datta & Sarkar, 2003）。mer B在变基因杨树的功能是催化甲基汞释放汞离子，然后由mer A转换成单质汞，比汞离子毒性小、易挥发的单质汞被释放到大气中（Datta & Sarkar, 2003）。Pilon-Smits等（1999）在印度芥菜中过度表达APT-硫酸酶（APS）基因，变基因植株的APS活性是野生型的4倍，积累的硒量是野生型的3倍。Dhankar等人（2002）报道了一种基于基因的策略，用于修复污染土壤中的砷，其中两种细菌基因在拟南芥中过度表达。一种是编码砷酸盐还原酶的大肠杆菌arsC基因，该基因将砷酸盐还原为亚砷酸盐，与光诱导的大豆rubisco启动子耦合。第二种是大肠杆菌-ECS连接到一个强组成的肌动蛋白启动子。变基因植株表现出更强的砷耐受性。在砷污染的土壤中生长时，这些植物的鲜重累积量是野生型植物的4-17倍，积累量为2-3倍。
然而，变基因植物在植物修复中的广泛使用经常遇到来自环保倡导组织的阻力，如绿色和平组织，他们声称变基因作物的环境影响尚未得到最终评估。变基因广泛使用缓慢的另一个原因是，许多国家仍然没有关于开发和使用这种技术的立法指导方针。还有人担心，变基因植物的花粉可能会污染非目标物种，造成未知的后果。在变基因植物中插入终止基因可以降低变基因植物对非目标植物的污染风险。携带终结基因的植物和其他植物一样生长，但有一个关键的例外，它们产生的种子不能长成任何植物。
从质量和数量上降低成本
与机械修复方法相比，植物修复是一种经济有效的方法。在这种情况下，成本效益是指在使用一种特定的修复方法时所使用的金钱和资源方面的实际成本，以及环境影响方面的成本。与挖掘和填土等机械方法相比，植物修复的综合货币成本和环境影响微不足道。植物提取是一种具有成本效益的、可持续的风险管理技术，其成本与农业成本类似，可以在保护土地和生态系统的同时最小化能源、水和材料的使用。如前所述，使用重型机械进行挖掘和填土导致燃烧大量的化石燃料，造成环境污染和全球变暖。
近年来，全球掀起了一场减少化石燃料的使用作为一种环境保护措施的运动，并促进了对新型、可持续和环境友好能源的依赖。实际上，使植物修复和植物提取更加有趣的是，当植物修复周期完成后，它们是如何被利用的。利用已过期的植物提取周期所获得的生物量，甚至可以通过使用大量的生物量作为能源，将其转化为一项有利可图的操作。许多植物作为植物修复和植物提取重金属在收获后被焚烧，留下了重金属污染物。这种焚烧过程也可以用来产生能源。
与活性炭吸附、紫外线氧化和电子束破坏等其他机械生物修复方式相比，植物修复单位体积土壤的修复成本要低得多。想象一个装满泥土的2升的空苏打瓶子。接下来，想象一下这些土壤被残留的尾矿中的三硝基甲苯（TNT）污染。使用活性炭吸收，它将花费2美元来修复2升瓶中的TNT。使用紫外线氧化法和电子束破坏法的成本更高，每2升分别为6美元和10美元。考虑到整个场地都充斥着TNT炸药，这些修复成本会呈指数级增长。然而，植物修复的成本要低得多，2升沉积物只需1.28美元（Meagher et al. 2005）。铅污染也是如此。铅是地球上最常见的污染物之一，在工业革命后的地球上几乎每一块土壤中都能找到铅。这也使它成为最难以修复的污染物之一。为了在10年期间将场地土壤中的铅水平从1.4克/公斤降低到0.4克/公斤，只需花费27000美元。这似乎是一笔巨大的资金，但与使用土壤浸出的79万美元和目前使用的最流行的修复方法挖掘和填土的162万美元相比却很小（Meagher et al. 2005）。
正如Cunningham, Berti和Huang（1995）所宣称的那样，数字本身就能说明问题。对于土壤中的挥发性或水溶性污染物，原位物理化学修复的成本平均为每立方米10-100美元。通过填埋或低温热处理处理的化合物每立方米的成本为60-300美元，需要特殊填埋安排或高温热处理的每立方米成本为70-200美元。焚化污染土壤的成本可能高达每立方米100美元，但某些物料（例如放射性核素）需要更强化的管理技术，每立方米土壤的成本可能远远超过1000-3000美元。相比之下，植物修复的成本在每公顷200美元到10000美元之间。这意味着每年每立方米的处理费用为0.02-1.00美元，加上它的环境保护和能源生产优势，这比与物理化学技术相关的费用要少得多（Cunningham et al.，1993）。（Debating Science，2013.12）
（文章来源：宝航环境修复 ）
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