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为探究 Allchar 地区植物元素积累特征，研究人员分析 23 种植物及土壤，发现多种铊超富集植物，意义重大。
在地球的矿产资源开发进程中，金属矿石的开采与加工虽为人类带来诸多便利，却也埋下了环境隐患。大量富含金属和类金属的废弃物被随意排放，悄无声息地侵蚀着土壤，改变其原本的生态属性，致使土壤污染问题日益严峻。在这片被污染的土地上，植物们面临着艰难的生存挑战，它们应对金属元素的策略各不相同，从排斥到积累，而超积累现象则是对高浓度元素环境的一种极端适应表现。
北马其顿的 Allchar 地区，就像是一座隐藏在大地上的 “特殊宝藏”，却也带着令人头疼的问题。这里拥有世界上极为罕见的铊（Tl）和砷（As）富集矿床，土壤中的铊和砷含量高得惊人，对大多数植物而言，这片土地就像一片 “死亡之域”，充满了致命的威胁。然而，大自然总是充满了神奇之处，在这片看似荒芜的土地上，却顽强地生长着多种多样的植物。这些植物仿佛是勇敢的 “探险家”，它们在高浓度有毒元素的环境中努力生存，可它们的金属（类金属）积累潜力却如同神秘的面纱，一直未被揭开，吸引着无数科研人员去探索。
为了揭开这层面纱，来自塞尔维亚贝尔格莱德大学 “斯尼沙?斯坦科维奇” 生物研究所生态系、马其顿科学院和艺术院环境与材料研究中心、荷兰瓦赫宁根大学和研究中心遗传学实验室等机构的研究人员 Ksenija Jakovljevi?、Katerina Ba?eva Andonovska 等人组成了科研团队，开启了一段充满挑战的研究之旅。他们的研究成果发表在《Plant and Soil》杂志上，为我们揭示了这片神秘土地上植物与土壤之间的奇妙关系。
研究人员为了深入了解这片土地上植物的奥秘，采用了一系列严谨且科学的研究方法。在样本采集环节，他们不辞辛劳地奔赴 Allchar 地区，在中央矿床、Crven Dol 和南部矿床这三个区域，精心挑选了 23 种不同的植物，每种植物都采集了至少 4 份样本，同时还采集了植物根系附近（约 5 - 10 厘米深）的 “根际” 土壤样本，这些样本就像是一把把小小的钥匙，为研究人员打开了解开谜题的大门。
在样本分析阶段，研究人员运用了多种先进技术。土壤样本先在 40°C 的通风烘箱中干燥 48 小时，随后过 1 毫米筛子，再用定制的 X 射线荧光（XRF）样品架和 6μm 的聚丙烯薄膜封装，利用 JP500 仪器的 “土壤模式” 进行分析。同时，采用二乙三胺五乙酸（DTPA）萃取法测定土壤中潜在的 “植物可利用” 金属含量。植物样本（叶片）则先经过 4 天的风干至恒重，接着用己烷严格清洗去除表面灰尘，再在 60°C 的通风烘箱中干燥 48 小时，研磨成细粉后，用 XRF 仪器的 “植物模式” 进行分析。在整个分析过程中，研究人员还使用了多种认证标准物质来确保分析结果的准确性。
研究人员在对不同矿化区域（Crven Dol、中央矿床和南部矿床）的研究中发现，Allchar 地区的地质就像一个精心设计的 “元素棋盘”，由三个截然不同的区域组成，其中 Crven Dol 地区的铊和砷富集程度最高。从土壤中的元素浓度来看，Crven Dol 地区土壤中铊的平均含量达到了 1720μg/g，砷的平均含量更是高达 24200μg/g。植物中的铊和砷浓度也呈现出相似的趋势，Crven Dol 地区植物中的铊和砷平均含量分别为 3970μg/g 和 249μg/g，明显高于南部矿床。通过对植物物种基于叶片元素浓度的聚类分析发现，Crven Dol 地区的砷堇菜（Viola arsenica）由于其极高的铊浓度，在聚类图中显得格外 “与众不同”，独自形成了一个独特的分支。
在对各类金属元素的研究中，研究人员发现了许多有趣的现象。在碱金属和碱土金属方面，不同植物根际土壤中的元素浓度差异很大。例如，荠菜（Barbarea vulgaris）根际土壤中的钙（Ca）和镁（Mg）含量最高，而毛亚麻（Linum hirsutum）根际土壤中的钾（K）含量最高。硼（Ba）在大多数样本中的浓度较低，但在与高山庭荠（Alyssum montanum）和丛生景天（Sedum acre）相关的土壤样本中，硼的浓度显著升高，超过了 1000μg/g。不过，在植物中，硼的浓度相对较低，如长叶风铃草（Campanula lingulata）中硼的含量最高也仅为 267μg/g。
对于卤素元素，Allchar 矿床中氯（Cl）和溴（Br）的含量较高，这在土壤中得到了明显的体现。与砷堇菜和荠菜相关的土壤中，氯和溴的浓度达到了较高值，分别为 47.6μg/g 和 35.4μg/g。在过渡金属方面，Allchar 矿床中的过渡金属（铁（Fe）、锰（Mn）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn））并没有明显的富集现象，土壤中的浓度，尤其是 DTPA 萃取态的浓度，都处于普通水平。在植物中，也没有发现异常高浓度的过渡金属，没有植物达到过渡金属超积累的标准。
在所有研究的元素中，铊的表现最为引人注目。Allchar 地区的土壤中铊的富集程度极高，部分土壤样本中铊的含量高达 5750μg/g。在植物中，多种植物表现出了铊超积累的特性。其中，阔叶蝇子草（Silene latifolia）叶片中的铊含量最高，达到了 79200μg/g，成为了当之无愧的最强铊超积累植物。此外，砷堇菜、三色堇马其顿亚种（Viola tricolor subsp. macedonica）以及香薷（Clinopodium alpinum）、夜香紫罗兰（Hesperis matronalis）、受伤岩黄芪（Anthyllis vulneraria）和毛亚麻等植物，其叶片中的铊含量也超过了 100μg/g 的超积累阈值。值得一提的是，在堇菜科、唇形科和石竹科的所有分析样本中，都发现了铊超积累现象。
砷在土壤中的含量也非常高，但在大多数植物中，并没有出现高浓度的砷积累，这表明大多数植物通过排斥机制来应对高砷土壤。不过，在高山庭荠、荠菜和湿地勿忘草（Myosotis nemorosa）的部分样本中，发现了高浓度的砷积累，但由于这种积累具有不确定性，不能将这些植物归类为砷超积累植物。在阔叶蝇子草的一个样本中，同时发现了高浓度的铊和砷，这使得阔叶蝇子草成为了铊和砷的共积累植物，这种现象在自然界中非常罕见。
通过本次研究，研究人员有了许多重大发现。他们发现了多种新的铊超富集植物，如香薷、受伤岩黄芪和毛亚麻等，这为超富集植物家族增添了新的成员。阔叶蝇子草叶片中近 8% 的铊含量，是目前自然界中记录到的最高值，这一发现为利用植物进行污染场地铊的植物采矿（phytomining）提供了新的可能性。
Allchar 地区的土壤毒性极高，在全球范围内都极为罕见，这使得它成为了研究土壤 - 植物相互作用以及植物对极端微量元素浓度适应性的天然实验室。通过对这片地区的研究，有助于我们更好地理解植物在恶劣环境中的适应和进化机制。后续在控制条件下进行的额外分析，将进一步聚焦于元素的吸收、向地上部分的转运以及元素积累主要位点的定位等方面，有望为我们揭示更多关于植物与土壤相互作用的奥秘，为解决土壤污染问题和合理利用植物资源提供更坚实的理论基础。
