摘要：铀与淡水硅藻Achnanthidium saprophilum腐生无齿藻相互作用的艺术印象。这种硅藻可能是食物链中污染物(例如放射性核素)积累的切入点。信用B. Schröder/HZDR

经过德国亥姆霍兹研究中心协会

编辑：Sadie Harley

铀与淡水硅藻Achnanthidium saprophilum腐生无齿藻相互作用的艺术印象。这种硅藻可能是食物链中污染物(例如放射性核素)积累的切入点。信用B. Schröder/HZDR

铀存在于土壤的矿物质中，溶解于矿泉水中，最终与磷肥一起进入农田。在德国，重金属铀在萨克森州和图林根州尤为常见，尽管它也出现在德国南部。

在一项新的研究中，来自Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)和CNRS的专家们现在已经阐明了铀如何与硅藻发生化学反应。这项研究发表在《科学报告》杂志上。

由于藻类可能是食物链中有害物质积累的起点，这些结果有助于更好地理解铀释放对自然循环的影响。

HZDR资源生态研究所的化学家Susanne Sachs博士说:“天然铀的半衰期很长，因此不仅具有辐射毒性，还具有化学毒性。”

生物体吸收铀的程度取决于其化学形态:当铀溶解时，细菌、植物、动物和人类比未溶解时更容易吸收铀。

人们早就知道铀可以在食物链中传递。然而，到目前为止，对于这些过程是如何详细工作的，以及其后果对人类和环境有多严重，还没有任何根本性的见解。

“例如，有没有比其他作物积累更多铀的作物，它们会不会构成特别高的风险？”微生物学家约翰尼斯·拉夫Johannes Raff博士问道。“关于这一点，我们还有很多不知道的。因此，在HZDR，我们试图了解铀在环境中的行为以及它如何与各种生物相互作用。”

现在，一博士论文在科学家的指导下，法国国家科学研究中心(CNRS)suba tech实验室的研究人员合作发现了新的知识。

为了探索六价铀如何与淡水硅藻Achnanthidium saprophilum发生化学反应，一名法国博士生在HZDR进行了一系列实验。一个主要的挑战是，在自然界中，这种藻类与各种细菌有关。因此，当铀进入水体时，这两种生命形式有可能同时与铀发生相互作用。

“要回答的第一个问题是，铀是只从外部与藻类结合，还是也进入藻类。我们也想知道是哪一种化学键并在分子水平上理解潜在的过程，”萨克斯解释道。

最初，研究人员在培养基中培养藻类，然后将它们转移到富含铀的溶液中。

“每隔一段时间——从几个小时到几周——我们的博士生再次从溶液中取出藻类，并测量溶液中剩余的铀量，”萨克斯说。

“这意味着我们可以看到多少重金属藻类的总吸收量以及摄入量是否随时间而变化。"

然后，研究小组准备了硅藻样本，用电子显微镜和X射线光谱进行研究。他们想找出铀聚集的确切位置。

“在这里，我们能够观察到铀确实与藻类相互作用。它既发生在藻类表面，也发生在藻类内部——在磷化合物存在的地方，”萨克斯报告说。

关于铀与藻类表面含磷官能团的相互作用，最初不清楚铀停靠在哪个亚结构上。

Raff解释说，“铀结合的磷酸盐单元可能是藻类表面的糖、蛋白质甚至无机物的一部分。我们无法确定这些化合物有多稳定。”

使用荧光光谱学研究人员检查了不同的化学键是否随着时间的推移而产生。事实上，他们的分析表明，样本中存在两种不同的铀物种，其比例随着时间的推移而变化。研究小组怀疑，最初，铀主要结合在藻类的表面。

随着时间的推移，它越来越多地渗透到藻类的内部，在那里形成第二种类型的结合。红外光谱测试显示，铀一方面通过所谓的羧基官能团，即容易与金属结合的含氧分子部分结合，另一方面通过含磷酸盐的基团结合。

“我们的研究表明，硅藻不仅能够结合铀，还能将其整合到细胞内部，”萨克斯总结道。

"此外，我们能够对所产生的化学键有一些初步的了解."

然而，仍然不确定相关细菌在多大程度上促进了这种结合——以及化学键是否会随着时间的推移而发生显著变化。为了找到答案，与铀接触的藻类样本必须定期接受更长时间的检测，例如，超过六个月或一整年。

"重要的是能够区分，以免高估或低估影响."

除了其他浮游植物，硅藻是食物链中的第一环，为喂养桡足类等高等生物创造了基础，而桡足类又是鱼类的食物。

在这一点上，藻类成为铀的门户:如果它进入水中，问题就出现了，重金属在多大程度上通过硅藻传递给其他物种，并在食物链中积累——例如，在鱼、鸟和两栖动物中。

研究人员希望在后续实验中获得更多这方面的知识。这类知识不仅与铀矿开采的遗产或最终处置库的长期安全相关。

“根据联邦农业研究中心的数据，每年有167吨铀和磷肥一起被存放在德国的农田里，”Raff说。

“还有稀土族和其他有用的金属通常与放射性核素有关。存在这些危险物质进入生态系统并造成损害的风险。这可以通过谨慎的行动、适当的风险评估和保护措施来缓解。

来源：幽兰说科学