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本研究为应对稀土元素（特别是镝，Dy）日益增长的需求及其传统开采方法的可持续性挑战，开发了一种基于深紫外诱导荧光的高通量检测方法，用于定量分析植物组织中的Dy含量。该方法通过利用Dy的独特光谱特性并结合钨酸钠（Na2WO4）作为荧光增强剂，实现了在复杂植物基质中对低至0.07 μM Dy的高灵敏度、高特异性检测。研究验证了该方法与电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）结果高度相关，并成功应用于活体植物叶片中Dy积累的筛选，展现了其在快速、无损现场检测方面的潜力。这项研究为筛选高效积累Dy的植物、推进可持续的稀土植物采矿（phytomining）战略提供了有力的分析工具。
在清洁能源技术飞速发展的今天，稀土元素（Rare-earth elements, REEs）成为了炙手可热的战略资源。其中，镝（Dysprosium, Dy）因其能显著提升钕铁硼（NdFeB）永磁体的高温耐受性，被广泛应用于电动汽车、风力发电机和硬盘驱动器等关键领域。然而，全球Dy的供应严重依赖少数国家，且传统开采过程成本高昂、环境足迹大，引发了人们对供应安全和生态影响的深切担忧。在此背景下，一种名为“植物采矿”（phytomining）的绿色技术应运而生——利用特定植物从土壤或废料中吸收并富集金属，为可持续回收稀土元素提供了新思路。但一个核心难题横亘在面前：如何从成千上万的植物中，快速、准确地筛选出那些能够高效吸收和富集Dy的“超级植物”？现有的主流检测技术，如电感耦合等离子体质谱（ICP-MS），虽然灵敏度极高，但需要对植物组织进行破坏性消化，过程繁琐且无法对同一株活体植物进行动态监测。因此，开发一种快速、高通量且无损的Dy检测方法，成为推动稀土植物采矿从概念走向实践的关键一步。
近日，一项发表在《Plant Direct》上的研究为我们带来了突破。为了回答如何高效筛选Dy富集植物这一难题，研究团队独辟蹊径，开发了一种基于深紫外诱导荧光光谱的高通量检测方法。研究人员主要运用了以下几项关键技术：首先是深紫外荧光光谱分析技术，利用Dy离子在紫外光激发下产生特征荧光（480 nm和580 nm）的特性进行检测。其次是时间分辨荧光技术，通过设置延迟采集时间，有效滤除了植物自身内源性分子的自发荧光干扰。再者是荧光增强剂（钨酸钠，Na2WO4）的应用，显著放大了Dy的特异性荧光信号。最后，研究通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS） 对植物组织样本进行Dy含量分析，作为金标准来验证荧光检测方法的准确性与可靠性。整项研究以已知能优先富集Dy的植物商陆（Phytolacca acinosa） 为模型，进行了系统的验证和应用。
3.1 基于深紫外荧光光谱的Dy检测
研究首先在溶液体系中确定了Dy的最佳检测条件。通过吸收光谱扫描，发现Dy在350 nm处有最大吸收峰。然而，当引入荧光增强剂Na2WO4后，使用275 nm波长的光激发，能在480 nm和580 nm处获得最强的特征荧光发射峰。研究人员建立了Dy浓度（0至1.5 μM）与荧光强度之间的标准曲线，两者呈现优秀的线性关系（R2> 0.99），并成功检测到低至0.05 μM的Dy。
3.2 利用荧光寿命消除植物基质的背景干扰
将方法应用于真实的植物组织（商陆叶片和茎秆匀浆）时，遇到了植物自身强烈自发荧光的干扰。得益于Dy的荧光寿命在微秒量级，而植物自发荧光寿命很短，研究采用时间分辨荧光技术，设置20-80 μs的延迟后采集信号，有效去除了背景噪音，使得植物基质中低至0.2 μM的Dy也能被清晰检测。荧光信号强度与Dy浓度（0.05–25.6 μM）及ICP-MS的测定结果均高度线性相关（R2> 0.99），证明了该方法在复杂生物基质中的定量能力。
3.3 利用荧光光谱筛选植物叶片对Dy的吸收
研究进一步在活体植物上验证方法的实用性。用水培法培养商陆，并在营养液中添加不同浓度的DyCl3。7天后，取叶片制作2 mm直径的叶盘，用Na2WO4处理后进行荧光检测。结果显示，在添加5 mM及以上DyCl3的植物叶片中，能检测到显著的Dy荧光信号，且信号强度随外界Dy浓度增加而增强。有趣的是，叶脉（中脉）组织中的Dy荧光信号 consistently 高于叶肉组织，提示Dy在植物体内的分布可能是不均匀的。
3.4 通过荧光光谱评估活体植物中的Dy水平
为实现田间无损检测，研究人员使用了一台便携式深紫外拉曼/荧光光谱仪对整株活体商陆的叶片进行测量。植物用不同浓度DyCl3处理48小时后，在248 nm光激发下，叶片在575 nm处的Dy特征荧光信号随处理浓度升高而增强。尽管此便携设备暂无时间分辨功能，植物自发荧光构成一定背景，但仍能有效区分不同Dy处理组。随后对相同植株进行ICP-MS分析，证实荧光信号强度与组织实际Dy含量呈正相关，验证了这种无损筛查方法的可行性。
3.5 远距离（Standoff）检测Dy
由于Dy与Na2WO4结合后荧光非常明亮，研究探索了更高效的远程成像筛查。他们将商陆叶片用高浓度DyCl3短期浸泡，穿刺叶片并局部施加Na2WO4，随后用275 nm LED灯照射，仅用智能手机在暗箱中拍摄，即可清晰观察到Dy处理区域发出的明亮荧光，而用铈（Ce）或水处理的对照组则无此现象。这证明了无需复杂仪器，通过简单成像即可实现植物Dy积累的快速、高通量初筛。
综上所述，本研究成功开发并验证了一套基于荧光光谱的Dy检测与定量平台。该方法的核心结论在于：它能够灵敏（植物基质中检测限达0.2 μM）、特异（利用时间分辨技术克服背景干扰）、定量（与ICP-MS结果高度一致）且快速（96孔板高通量格式）地测定植物组织中的Dy含量。更重要的是，它具备无损筛查活体植物的潜力，并展示了远程可视化检测的应用前景。
在讨论中，作者强调了该研究对推进稀土植物采矿的重要意义。首先，该方法克服了传统ICP技术破坏样本、无法动态监测的局限，使得对同一植株在不同生长阶段或不同环境处理下的Dy吸收动态进行研究成为可能，从而有助于优化植物采矿的栽培条件和采收时机。其次，高通量和快速筛查能力将极大加速对天然植物种质资源库和遗传改良植株的筛选进程，更快地鉴定出Dy“超积累植物”。此外，该技术原理可扩展至其他具有特征荧光发射的稀土元素，为全面研究植物与稀土的互作提供了强大工具。尽管目前主要在商陆中验证，且田间应用时需克服环境光干扰并集成时间分辨功能以提升准确性，但此项工作无疑为开发更可持续、环境友好的稀土资源回收策略，奠定了一块重要的技术基石，照亮了绿色采矿的新路径。
