隐伏矿床植物纳米或近纳米级微粒及其超微观生物效应研究

Combined with the theory and methodologys of exploration geochemistry, nanoscience, and botany, this proposed research will use field-emission-transmission electron microscopy to 1) study the species, shape, size, ultrastructure, element content and combination of the nanoscale or nearly nanoscale particles in surface plants, and their ultramicroscopic biological effects; 2) explore the relationship between concealed ore bodies and the characteristics of nanoscale or nearly nanoscale particles in surface plants, and the ultramicroscopic biological effects, 3) reveal the migration of nanoscale or nearly nanoscale particles in plants and characteristics such as biological mineralization, and 4) elucidating the relationship between the characteristics of nanoscale or nearly nanoscale particles in plants and the element content analysis of the whole samples. Based on this study, nanoscale or near nanoscale particles characteristics in plants and ultramicroscopic biological effects can be applied to the prospecting practices of unknown areas, and form a new deposit prospecting method. Nanoscale or nearly nanoscale particles in plant contain more information than elemental content. Carrying out this research will enable us to obtain many important information currently unknown and create great theoretical and practical values in disclosing the characteristics, and distribution of nanoscale or nearly nanoscale particles in surface plants above concealed deposits, as well as the interaction between particles and plants, and improving the effectiveness of ore deposit prospecting.

本申请项目结合勘探地球化学、纳米科学、植物学理论和研究方法，利用场发射透射电子显微镜，研究隐伏金属矿床地表植物纳米或近纳米级微粒种类、形状、大小、超微结构、元素含量及组合，以及这些纳米或近纳米级微粒对植物引起的各种超微观生物效应，探索地表植物纳米或近纳米级微粒特征及超微观生物效应与隐伏矿体关系，揭示植物纳米或近纳米级微粒迁移方式、途径和生物矿化特点，阐明植物纳米或近纳米级微粒特征与植物全样品分析元素含量关系，建立植物纳米或近纳米级微粒特征及超微观生物效应找矿方法。在此基础上，把植物纳米或近纳米级微粒特征及其超微观生物效应应用于未知区的找矿实践。植物纳米或近纳米级微粒含有比元素含量更丰富的信息，开展本申请项目研究，可以使我们获得许多目前未知的重要信息，对于揭示隐伏矿床地表植物纳米或近纳米级微粒特征、分布，以及微粒与植物之间的相互作用，提高金属矿床找矿方法的有效性具有重要的理论意义和实践价值。

结合勘探地球化学和纳米科学的理论和研究方法，使用带扫描电镜的场发射透射电子显微镜、场发射电子探针和室内实验，本项目研究植物中大量存在的纳米级或近纳米级的含金属微粒特征及其引起的超微观生物效应，并与动物含金属微粒特征对比，建立一种原始创新的生物纳米微粒找矿技术。.在广西盘龙铅锌矿床和甘肃阳山金矿床地表分别采集当地优势动植物物种，发现矿床地表植物和动物体内富集与隐伏矿体相关的纳米微粒。盘龙铅锌矿床中葛根皮和根中的含金属纳米微粒的种类和数量最多，动物样品中蛞蝓体内含金属纳米微粒较多，同时与动物样品相比，植物中纳米微粒种类和数量都更多。阳山金矿床野棉花更富集与隐伏矿床有关的含金属纳米微粒，其中茎中的含金纳米微粒比根中多。这些还发现含金属单一微粒或聚集体趋向位于靠近细胞壁甚至在细胞壁上，而微粒群趋向于位于细胞外或者在细胞内部，这种现象可能与植物细胞壁选择性屏障有关。同时含金属纳米微粒还会引起植物组织空洞、细胞变形，导致细胞膜断裂、细胞壁扭曲等超微观生物效应。分别选择与研究矿床地质背景相近，未见地球化学异常的区域作为背景区，分别采集葛根和野棉花样品，结果显示背景区样品中未见含与隐伏矿体有关纳米微粒。.研究结果还表明，植物呼出与隐伏矿体有关的纳米微粒。用金纳米微粒和氯酸金钾溶液对野棉花进行室内培育，表明纳米微粒可以通过植物根部直接进入植物体内，并可以通过植物中的运输系统向上转移到植物的地上器官中，在此过程中纳米微粒成分发生变化。.选择两个未知区域作为阳山金矿找矿远景区，采集优势物种进行制样测试，在各植物体内均发现了与隐伏矿体相关纳米微粒，圈定找矿靶区，后经打钻确认该区域下部有隐伏矿体。.本项目还研发了《一种利用皮米粒子探测深部隐伏矿床的方法》，创新地使用皮米粒子探测深部隐伏矿床的方法，相比纳米微粒粒度更小，穿透力、迁移能力比纳米微粒好，更适合用来探测更深部的隐伏矿体，该技术已申请国家发明专利。