土壤－植物系统中铀的来源、形态、吸收、毒性以及生物修复策略

来源：农环视界

近日，兰州大学和新鲁汶大学合作团队在环境科学领域知名期刊Journal of Hazardous Materials上发表了题为 “Uranium (U) source, speciation, uptake, toxicity and bioremediation strategies in soil-plant system: A review” 的研究综述。

铀是自然界至今发现的最重的元素，也是重要的天然放射性元素。同时，铀是一种高毒性重金属，其具有化学和放射性双重毒性，且以化学毒性为主。在自然界中，铀主要分为三种同位素，即U238、U235、U234，其中，U238的同位素相对丰度约为99.3%，且其有着最低的放射性。铀的用途十分广泛，其中最主要是用于核武器制造和作为核电反应堆的重要燃料。此外，其也被广泛用于农业和医疗领域。随着铀矿的开采和冶炼力度的加大，土壤铀污染已经受到广泛的关注。时至今日，大量的研究集中于以下四个方面，1）调查土壤铀土壤污染的来源；2）探索铀元素的地球化学行为；3）分析植物对铀的吸收以及铀对植物的毒性；4）评估铀污染土壤的修复方法。然而，近年来，对铀－土壤－植物领域的系统综述仍相对较少。

因此，本文依据现有的研究资料，以2018年至2021年为主，系统地阐述了土壤－植物体系中铀的来源、地球化学行为、植物吸收、植物毒性、解毒机理及生物修复措施。在该综述中，我们分析了可能导致铀土壤污染的相关人类活动，并发现矿物活动是目前铀污染的主要来源。本文还讨论了土壤－植物系统中铀的生物有效性与土壤条件（如氧化还原电位、土壤pH、有机质和微生物）之间的关系。之后，我们概述了铀在土壤－植物中的转运，发现铀主要积累于植物根部，仅有极少部分被转运至地上部。然而，柳树、睡莲和田菁等植物能转运较高水平的铀至地上部分。事实上，铀在植物体中没有任何生物学功能，但其能诱发多种毒性效应，如减少种子萌发，抑制植物生长，降低光合效率、干扰营养吸收以及产生氧化性损伤和基因毒性。同时，植物已经进化出多种防御策略，如抗氧化酶系统、区域化隔离和植物螯合肽，进而提升对铀的抗性。此外，本文还综述了两种铀污染土壤的生物修复方法，即植物修复与微生物修复，与传统的物理或化学修复技术相比，其具有成本低廉和环境友好等优势。最后，我们对铀在土壤－植物系统中的生物地球化学行为进行了展望，并且指出铀低积累植物－微生物的联合修复铀污染土壤具有较大的前景。

图1. 土壤生态系统中铀的来源

图 2. 铀污染土壤的生物修复策略（改编自Hou et al., 2020）

兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室的刘金荣教授和新鲁汶大学地球与生命科学研究所的李自民博士为论文的共同通讯作者。本项工作得到甘肃省重点研发计划和甘肃省引导科技创新发展专项等资助，兰州大学为第一完成单位。