科學家發現「吃鉛」苔蘚 可清除水中鉛污染

綠色植物能夠幫助清理工業區的重金屬污染。

關閉的英國鉛礦，圍欄上掛著「危險勿進」警告牌。

作者：布賴恩·歐文斯；文章來源：AIP InsideScience

日本科學家井藤賀操找到了一種凈化鉛污染飲用水的新方式。令人感到吃驚的是，這個解決方案就在我們腳下。研究中，井藤發現了一種神奇的苔蘚，能夠在生長過程中將大量鉛吸入細胞壁。

化學沉積、電沉積和離子交換吸附是清除水中鉛及其它重金屬的典型方式。雖然這些方式的效率很高，但需要使用從化石燃料中提取的物質，同時還會消耗大量能量和排放二氧化碳。為了解決這個問題，日本理化學研究所可持續資源科學研究中心的植物生物學家井藤賀操將目光投向植物，希望植物能夠提供一個更具可持續性並且更加綠色的污染清除方案。

井藤選擇的是學名Funaria hygrometrica的葫蘆蘚。在被鉛、銅、鋅和其它重金屬污染的礦山等工業區，我們經常能夠看到這種苔蘚的身影。他將葫蘆蘚的原絲體——即在苔蘚生命周期早期形成的細線狀細胞鏈——放入含有十幾種金屬的溶液中。在所有這些金屬存在的環境下，葫蘆蘚能夠正常生長，同時還表現出驚人的吸鉛能力。僅僅用了22個小時，葫蘆蘚就吸收了相當於自身乾重74%的鉛。井藤表示：「我們發現這種苔蘚能夠在原絲體階段充當一個卓越的鉛吸收劑。」研究發現刊登在2017年12月期的《公共科學圖書館·綜合》雜誌上。

經過仔細觀察，井藤發現在葫蘆蘚吸收的鉛中，89%左右進入細胞壁，少量鉛進入葉綠體和細胞器膜。在移除了活細胞後，細胞壁仍能吸鉛。細胞壁的主要吸鉛化學成分是聚半乳糖醛酸和細胞膜質。井藤表示細胞壁對鉛的嗜好能夠解釋為什麼早期原絲體階段擁有很強的吸鉛能力。「原絲體的表面缺少角質層，很容易吸收水和溶液。」

井藤表示葫蘆蘚擁有極強的吸鉛能力，並且原絲體能夠在水中生長，無需依附土壤或者岩石。這讓它們成為礦山和化工行業廢水處理的一個理想選擇，同時也可用於被鉛污染的城市水系統處理，例如密歇根州的弗林特。在美國東部，苔蘚被用作一種被動處理系統，凈化酸性礦山排水。目前，他正與一家回收處理公司合作，測試他的想法。

夏威夷農業研究中心的植物病理學家蘇珊·斯切克指出，很多科學家都在研究能夠清除重金屬污染的植物——這一過程被稱之為植物修復。目前，科學家共發現大約400種具有這種能力的植物。

斯切克表示井藤的研究表明苔蘚可用於水處理，但在走出實驗室前，我們還需要進行更多研究。「這種分析才剛剛開始，我們需要證據證明它們能夠在實際應用中發揮功效。」

斯切克的植物修復研究表明，這是一個非常複雜的過程。斯切克此前曾研究一種木腐菌，能夠分解氯化烴類，例如DDT等殺蟲劑。她希望木腐菌能夠用於凈化被污染的土壤。雖然這種菌類在實驗室表現出色，但在野外卻未有類似效果。她說：「它並非一種土壤真菌，在土壤中不夠穩定。」相比之下，另外一項利用糖漿的項目取得更大成功。糖漿能夠刺激用於分解炸藥殘留物的細菌生長。

斯切克指出利用植物清理污染物還存在另一個問題，即在完成清理工作後如何處理被污染的植物。「你總不能把它們扔進河裡。」

井藤也對潛在的環境影響感到擔憂。目前，他正在研究如果動物吃掉葫蘆蘚，食物鏈是否面臨鉛不斷聚集的風險。他說：「這是植物修復技術面臨的一大挑戰。」在實際應用中，井藤可能放棄使用活苔蘚。他的下一項研究將進一步了解葫蘆蘚細胞壁的物理和化學過程，以便研發出一種能夠模擬葫蘆蘚的物質。

https://www.insidescience.org/news/moss-removes-lead-polluted-water

美國物理聯合會（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience專欄獨家供稿

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