植物修复铀污染土壤过程中铀形态变化研究

Though Phytoremediation of heavy metals contaminated soils has been generally recognized because of low cost, Simple equipment and without secondary pollution, it is difficult to promotion for lower uranium enrichment factor of natural plants and longer cycle length . In this study, cruciferous plants (Chinese cabbage, shanghai cabbage, Shanghai India mustard , etc.) were choosed for study. distribution and speciation of uranium in soil and plant samples will be detected with modern mass spectrometry. Priority adsorpted the chemical forms of uranium will be searched. comparision of the chemical forms of uranium in experiment will be performed with that in soils. Proper oxidants, chelating agents, organic acids were optimized to activate soil, and achieve transformation of uranium speciation to priority adsorpted species. Combined with uranium level, chemical fertilizers, domestication and cultivation of rapid propagation experiment will be conducted to improve plant tolerance to uranium enrichment; Through an in-depth analysis of the obtained information, uranium migration pattern from soil to plant will be summerized. The present study will provide foundation for phytoremediation of uranium contaminated soil and provide security for development of nuclear power industry.

污染土壤植物修复法因成本低廉，对技术、设备要求不高，无二次污染而被广泛关注，但天然铀富集植物因富集倍数低、周期长而难以推广应用。本项目拟在721矿的铀污染土壤上，采用十字花科植物（油白菜、上海四月慢小白菜、印度芥菜等品种）为代表进行模拟修复（以化学试剂来活化土壤、施肥改善生长条件），以常规的分析方法获取不同条件下植物对铀的吸收及铀在植物中的分布信息；将土壤及富集铀后植物样品选择合适的萃取试剂，运用新型离子化技术实现其中铀螯合物有效提取并软电离；以现代质谱技术获取样品中铀形态的原始信息，推测铀的可能结构；结合与相关标准品的谱图对比，确定铀化合物的具体存在形态；推导样品中铀酰离子的形成过程，分析铀从土壤到植物体内的迁移原因，并以此推测植物对金属离子可能存在的富集机理。为植物耐受、吸收铀的机理研究提供信息，为典型铀污染土壤植物修复奠定基础，为我国核能事业的健康发展提供安全保障。

污染土壤植物修复法因成本低廉，对技术、设备要求不高，无二次污染而被广泛关注，但天然铀富集植物因富集倍数低、周期长而难以推广应用。课题组在国家自然基金的支持下，组装搭建了系列离子化源装置，建立了一种快速鉴别水溶液含铀分子的方法，以此方法鉴定出柠檬酸-硝酸铀酰溶液中存在16种柠檬酸铀酰和5种无机铀酰形态。实验表明柠檬酸铀酰形态络合键能大小：铀酰间键能 > 柠檬酸阴离子-铀酰键能 > 柠檬酸分子-铀酰键能，还发现存在[(UO2H2Cit)2H3Cit]2+等双电荷双铀酰聚合的柠檬酸铀酰离子，其结构有待进一步分析。在此过程中通过高能量轰击[UO2OH]+首次通过可控的粒子碰撞方式制备出U(I)，这既丰富了对铀价态的认识，也是分离、提纯铀的一种可能途径。采用内部萃取电喷雾电离质谱（iEESI-MS）技术为基础，在正离子检测模式下，选择甲醇/水（v/v）50/50作萃取剂，在无需任何样品预处理的条件下对水葫芦根部进行直接质谱分析，获取了铀胁迫过程中水葫芦根部代谢组分信息。结果表明，采用iEESI-MS技术鉴定了甘氨酸、天冬酰胺、组氨酸、胆碱、吲哚乙酸、十一醛等组分；随着铀浓度的增加，组氨酸含量呈现出明显增大的趋势，铀浓度40 μg•mL-1胁迫第10 d时，水葫芦根部出现发黑、腐烂等症状。此次研究为铀胁迫水葫芦次生代谢物分子水平物质变化的研究提供新的思路。利用AI-MS对女贞叶进行直接质谱分析，快速获得了不同生长阶段女贞叶的质谱指纹谱图，初步研究了女贞叶生长过程中化学成分的变化情况。AI-MS实验表明，女贞叶含有较丰富的钾、糖类、单黄酮、双黄酮等有益成分。