根据国际植物技术学会网站，植物技术被定义为利用植物解决环境问题的科学，如污染、重新造林、生物燃料和填埋。植物修复是植物技术的一个子类，利用植物从土壤或水中吸收污染物。

所涉及的污染物可包括重金属，定义为可能造成污染或环境问题且不能进一步降解的任何金属元素。土壤或水中重金属的大量积累可被视为对动植物有毒。

为什么要使用植物修复？

用于修复重金属污染土壤的其他方法每英亩成本为100万美元，而植物修复的成本估计在每平方英尺45美分至1.69美元之间，每英亩成本降低至数万美元。

植物修复是如何工作的？

并非每种植物都能用于植物修复。一种比普通植物吸收更多金属的植物被称为超积累植物。超积累植物可以吸收比它们生长的土壤中更多的重金属。

所有的植物都需要少量的重金属；铁、铜和锰只是植物功能所必需的几种重金属。此外，有些植物能够耐受其系统中的大量金属，甚至超过正常生长所需，而不是表现出毒性症状。例如，一种Thlaspi有一种叫做“金属耐受蛋白”的蛋白质。由于系统性缺锌反应的激活，Thlaspi大量吸收锌。换句话说，耐金属蛋白告诉植物它需要更多的锌，因为它“需要更多”，即使它不需要，也需要更多的锌！

植物内专门的金属转运蛋白也有助于重金属的吸收。转运蛋白是与重金属结合的特定蛋白质，有助于重金属在植物内的运输、解毒和隔离。

根际微生物附着在植物根系表面，一些修复微生物能够分解石油等有机物质，并将重金属从土壤中带走。这对微生物和植物都有好处，因为这一过程可以为降解有机污染物的微生物提供模板和食物来源。植物随后释放出根系分泌物、酶和有机碳供微生物食用。

植物修复的历史

植物修复和超积累植物研究的“教父”很可能是新西兰的R.R.布鲁克斯。1983年，里夫斯和布鲁克斯撰写了第一篇涉及污染生态系统中植物对重金属吸收异常高水平的论文。他们发现位于矿区的Thlaspi中的铅浓度很容易达到任何开花植物的最高记录。

布鲁克斯教授关于植物对重金属的过度积累的研究引发了一个问题，即如何利用这些知识来清洁污染的土壤。第一篇关于植物修复的文章是由罗格斯大学的科学家撰写的，内容是关于使用经过特别挑选和工程设计的金属积累植物来清洁污染土壤。1993年，一家名为Phytotech的公司申请了一项美国专利。该专利名为“金属的植物修复”，公开了一种利用植物从土壤中去除金属离子的方法。包括萝卜和芥菜在内的几种植物都通过基因工程表达一种叫做金属硫蛋白的蛋白质。植物蛋白结合重金属并将其去除，因此不会发生植物毒性。由于这项技术，包括拟南芥、烟草、油菜和水稻在内的转基因植物已被改造，以修复汞污染地区。

影响植物修复的外部因素

影响植物超积累重金属能力的主要因素是年龄。幼根比老根生长更快，吸收养分的速度更快，年龄也可能影响化学污染物在整个植物中的移动。自然地，根区的微生物种群会影响金属的吸收。由于阳光/阴影照射和季节变化，蒸腾速率也会影响植物对重金属的吸收。

用于植物修复的植物种类

据报道，超过500种植物具有超积累特性。天然超积累植物包括伊比利亚中间种和Thlaspi属。不同的植物积累不同的金属；例如，芥菜积累铜、硒和镍，而拟南芥积累镉，柠檬树积累砷。工程湿地中使用的植物包括莎草、灯心草、芦苇和香蒲，因为它们耐洪水，能够吸收污染物。转基因植物，包括拟南芥、烟草、油菜和水稻，已经被改造以修复汞污染地区。

如何测试植物的超积累能力？由于植物组织培养能够预测植物的反应并节省时间和金钱，因此在植物修复研究中经常使用植物组织培养。

植物修复的市场性

植物修复因其建立成本低和相对简单而在理论上广受欢迎。20世纪90年代，有几家公司从事植物修复工作，包括Phytotech、PhytoWorks和Earthcare。雪佛龙和杜邦等其他大公司也在开发植物修复技术。然而，这些公司最近几乎没有开展什么工作，一些较小的公司已经倒闭。这项技术的问题包括植物根系无法深入土壤核心以积累一些污染物，以及在过度积累后对植物的处理。这些植物不能被犁回土壤，不能被人类或动物吃掉，也不能被放入垃圾填埋场。布鲁克斯博士领导了从超积累植物中提取金属的开创性工作。这一过程称为植物采矿，涉及从植物中冶炼金属。