植物-微生物联合修复体系作用下水体中铀的行为研究

To determine the behavior of uranium in water under the influence of plant-microbe combinate system, Syngonium podophyllum- Aspergillus niger combinate system is selected and hydroponics is carried out. The automated patch clamp technique is used for the investigation of electrochemistry and physiological reactions of cells of plant and microbe under the influence of uranium. While the biomass is adopted for the measurement of the growth velocity of plant and microbe under the influence of uranium. The chemical speciation and valence and state of uranium in water are confirmed using spectrophotometry and chemical analysis. Then synchrotron radiation based X-ray fluorescent micro-tomography is used for the researches of the transport of uranium from water to the surface or internal of plant and microbe, and the subcellular localization of uranium is determined by electron microscope. The ultimate uranium-bearing substances of uranium in water under the influence of plant-microbe combinate system are confirmed using X-ray absorption fine structure. The results of the research will help us to understand the interaction between uranium and plant/microbe, the dynamic process of remove of uranium by plant/ microbe and the dynamic change of uranium under the influence of plant-microbe combinate system. The research will promote the development of mechanism study and lay the foundation for improving the remediation efficiency of plant-microbe combinate system in the field of uranium-containing water treatment. Meanwhile, it will provide a reference for the disposal of other heavy metals using the method of bioremediation.

为了解在植物-微生物联合修复体系作用下水体中铀的行为，本研究拟以合果芋-黑曲霉联合修复体系为研究对象，开展水培实验，采用全自动膜片钳技术研究植物和微生物细胞在铀作用下的电化学和生理反应，采用生物量测定确定铀对植物和微生物生长的影响；采用分光光度法、化学分析法等确定水体中的铀的形态及价态变化；采用同步辐射X射线荧光CT成像技术和电镜扫描研究铀转移至植物和微生物体表或体内的过程和铀的亚细胞定位，采用扩展X射线吸收精细结构谱研究铀在植物和微生物共同作用下最终形成的含铀物质种类。通过上述研究，从宏观和微观两方面了解铀及植物和微生物之间的相互作用、植物和微生物对铀的动态去除过程、铀在植物和微生物作用下的动态变化，为促进植物-微生物联合修复体系治理铀污染水体机理研究的发展，并为提高其修复效率打下基础，同时为其他重金属污染水体的生物修复提供参考。

近年来，植物和微生物修复含铀废水以其成本低廉、安全、环保、能同时处理多种污染物的优势，适用于水量大、污染物浓度低的废水的修复，已成为低浓度含铀废水处理的研究热点。且植物和微生物二者之间可以形成植物-微生物联合修复体系，充分发挥植物修复和微生物修复的各自优势，弥补相互之间的不足，从而提高修复能力。目前，在土壤修复领域，已有不少利用构建的植物-微生物联合修复体系进行重金属、有机污染物净化的报道，但在水体修复方面，相关的研究还比较少，对相关机理尚缺乏了解。为此，本研究以合果芋-黑曲霉联合修复体系为研究对象，开展水培实验，研究植物和微生物细胞在铀作用下的电化学和生理反应，确定铀对植物和微生物生长的影响,确定水体中的铀的形态及价态变化，研究铀转移至植物和微生物体表或体内的过程和铀的亚细胞定位。研究结果表明，在0.5、1和3 mg•L-1的铀胁迫下，投加黑曲霉后，白蝴蝶合果芋的生长率较未投加组分别提高了5-7%；铀的去除率分别提高了6.66%、3.89%和5.86%；铀的富集系数分别提高了38.74,36.55和40.45；铀的转移系数分别提高了0.055,0.035和0.011；白蝴蝶合果芋对U(VI)的还原作用被逆转；根部细胞内铀的形态发生变化，生物毒性显著降低；根部细胞的钙离子外排得到了抑制。结果表明，投加黑曲霉有助于提高白蝴蝶合果芋的生长率和生物量、逆转其对U(VI)的还原作用、提高其对铀的生物富集系数和生物转移系数，从而提高对废水中的铀的去除率；黑曲霉可促进白蝴蝶合果芋根部细胞的细胞壁固持和可溶性组分的区隔化作用、降低进入白蝴蝶合果芋根部细胞内的铀的生物毒性、抑制合果芋根部细胞钙的外排，从而拮抗铀对白蝴蝶合果芋生长的胁迫。通过上述研究，从宏观和微观两方面了解铀及植物和微生物之间的相互作用、植物和微生物对铀的动态去除过程、铀在植物和微生物作用下的动态变化，为促进植物-微生物联合修复体系治理铀污染水体机理研究的发展，并为提高其修复效率打下基础，同时为其他重金属污染水体的生物修复提供参考。