铀胁迫下向日葵幼苗生理耐受特性与矿质元素分布规律及其修复应用

为解决铀污染对植物矿质营养代谢的破坏问题，研究人员以水培向日葵为材料，开展铀胁迫下生理耐受特性及矿质元素分布研究。发现铀主要积累于根细胞壁造成持续损伤，抗氧化酶系统起关键保护作用，0.01 mM铀处理显著改变根叶矿质元素含量（如TY007叶片Mg含量降低11.03–77.68%）。该研究为城乡铀污染棕地修复提供科学依据。

　　

随着国防和核电工业的快速发展，铀矿开采导致周边环境中放射性核素铀（U）和重金属（如Pb、Mn等）污染问题日益严峻。研究表明，广东铀矿区周边土壤铀含量已达20.2–43.5 mg/kg，不仅威胁农作物生长，更通过食物链危害人体健康。铀作为非必需元素易在植物根部富集，15–25 μM浓度即可引发根细胞氧化损伤，100 μM以上则导致叶片褐变和生长停滞。尽管植物已进化出硅（Si）、钙（Ca）等元素的应激响应机制，但铀对矿质元素代谢网络的系统性影响仍不明确。

河北金胜玉品农业科技有限公司等机构的研究人员选取食用型（TY007）和油用型（S668）向日葵为材料，通过水培铀胁迫实验结合生理生化分析，揭示了向日葵对铀的耐受机制及元素分布规律。相关成果发表于《Journal of Environmental Radioactivity》。研究采用铀梯度处理（0–0.05 mM）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）元素分析、亚细胞组分分离等技术，系统评估了生长参数、铀积累特征及矿质元素流动模式。

植物生长和U积累
0.01 mM铀处理使TY007根干重降低41.3%，根尖出现黑化。铀主要富集在根细胞壁（占总积累量62%），茎部转移系数仅0.12–0.35。S668叶片铀含量达TY007的1.8倍，表明品种间存在显著差异。

矿质元素分布
铀胁迫引发元素代谢重构：根部和叶片多数元素（Na、K等）含量上升，但TY007叶片Mg含量骤降77.68%，S668降低58.40%。Ca²⁺信号通路可能参与调控铀的转运分配。

讨论与结论
研究发现细胞壁固定是向日葵耐受铀毒性的关键策略，而抗氧化酶（如SOD、POD）可缓解氧化损伤。铀通过干扰Mg²⁺等光合色素核心元素导致光合代谢紊乱。该研究首次揭示铀胁迫下向日葵矿质元素的器官特异性分布模式，为筛选高耐受品种修复铀污染场地（尤其Mg缺乏土壤）提供了理论依据和技术参数。