当前世界环境

介绍

稀土元素是由17种化学元素组成的系列，其中包括元素周期表中镧(La)、钪(Sc)、镥(Lu)和钇(Y)的镧系元素。¹它们被称为“稀土元素”，因为它们中的大多数是在18世纪从稀有矿物中分离出来的氧化物^th和19^th世纪。²全世界估计有1亿吨稀土氧化物(REO)，拥有重要矿石储量的地区是中国，其次是独立国家的共同财富，美国，印度，加拿大和南非。^3.因此，中国拥有最大的稀土矿床(内蒙古包头白云鄂博稀土矿)，是稀土的主要出口国。⁴稀土储量占世界总储量的40%以上。稀土元素广泛应用于工业，如用于玻璃抛光和陶瓷、较轻的燧石、可充电电池、钢铁添加剂、手机和汽车催化转化器。⁵它们在农业上的典型应用也已超过30年，由此造成的环境污染和在食物链中的积累将在未来几十年迅速增长。⁶金属超富集植物是指能从自然生境中超富集金属的植物。植物修复技术是一种利用植物超蓄能器去除土壤和水中污染物的技术，它是一种安全而经济的选择。虽然对其他重金属的超蓄积物进行了研究⁷ree -超蓄能器的研究较少。稀土元素很可能以特定的形式存在于植物体内，在正常的生理活动中起着重要作用。然而REE是否能进入植物细胞并影响其生理活动一直存在争议。稀土元素的一些有益作用已被报道:稀土元素可以促进种子发芽，刺激根系生长，增加叶绿素含量，增强作物的抗性。因此，商品稀土微肥在农业上得到了广泛的应用。稀土元素在工农业上的广泛利用已成为中国面临的严峻环境问题。从田间试验、实验室研究和盆栽试验的结果来看，稀土元素对作物生长的影响并不一致。^8、9

材料与方法

实验设计

目的:测试植物修复的生长潜力Cymbopogon flexuosus,安排镧(La)露天盆栽试验。实验于2014年10月至2015年4月在印度奥里萨邦布巴内斯瓦尔csir矿物与材料技术研究所(IMMT)药用植物园进行。从喀拉拉邦的IRE、Udyogamandal erakulam收集了纯度> 99%的精选镧，并与花园土按不同比例混合。混合样品分别为T0 - (T=花园土)、T1-La:土壤(1:3)、T2-La:土壤(1:1)、T3 - La:土壤(3:1)和t4 -纯La。样品被完全平衡了一个月，然后种植Cymbopogon flexuosusL.(15厘米长)幼苗从当地苗圃收集，每土盆一株幼苗。

土壤和镧的理化分析

从植物根际区取不同比例的土壤和镧样品5克，溶解于50ml双蒸馏水中，用磁力搅拌器搅拌30分钟。上一步过滤上清后，所得滤液用pH和EC计(the HANNA instruments)测量pH和电导率(EC)。采用快速重铬酸盐氧化法测定有机碳含量¹⁰;碳交换容量采用1(N)乙酸铵萃取法。¹¹采用标准方案计算样品的WHC。¹²

植物生长分析

以月为单位，以茎、根的长度、鲜重、干重等参数评价植株的生长情况。采用分光光度法测定叶绿素(Chl a、Chl b、Chl c、叶绿素、类胡萝卜素)含量。¹³每隔4个月测定一次镧(La)及其不同处理对过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性的影响。采用米斯拉法和弗里多维奇法测定了过氧化氢酶和过氧化物酶的活性¹⁴吉斯和梅利，¹⁵分别。这些酶的活性用比活性(U)表示⁻¹毫克的蛋白质)。采用洛瑞分光光度法测定植物样品的蛋白质含量¹⁶

植物组织镧(REE)分析

植物样品分为茎和根，用自来水仔细冲洗，然后用milliq水冲洗，在105℃下干燥⁰C 24小时。干纸巾被磨成粉末。最后，植物样品在水溶液(HNO3/HCl, 1:3)中消化，调整所需的稀释因子后，使用PerkinElmer Optima 2100 DV，电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测定镧的浓度。所有试剂和标准品均为分析级Merks (Darmstadt, Germany)。超纯盐酸和硝酸(Merks, Darmstadt, Germany)用于样品消解和标准品制备。用下式进一步确定易位因子。¹⁷

易位因子(TF)的计算公式如下:

C芽——芽中金属的浓度

C根-根中金属的浓度

统计分析

采用SPSS (version13.00)软件对数据进行统计分析。所示数据为三个重复的平均值±SD，有统计学意义。

结果与讨论

土壤与镧的理化分析

土壤、镧及其混合样品的理化性质见表1。与花园土壤相比，镧在本质上是酸性的。pH值从6.9到7.1不等。电导率是测定可溶性盐含量的一种方法，并被用作宏量和微量营养素的总体指标。随着pH值的增加，各处理的电导率值均呈下降趋势。与镧相比，花园土壤中WHC含量较高。土壤和镧样品的氮、磷、钾含量差异较大，铬尾矿样品中不存在氮、磷、钾，而花园土壤中存在1.5%的氮、1%的磷、1.2%的钾。

表1:显示了不同处理样品中土壤和尾矿样品的各种理化特性

治疗	pH值	电子商务(μS /厘米)	度(%)	c mol (+) kg−1	通车(%)
T0	7.09±0.24	19±0.20	0.5±0.29	11.45±0.22	38.7±0.03
T1	7.01±0.31	82±0.29	0.45±0.23	10.11±0.27	33.4±0.05
T2	6.97±0.29	91±0.27	0.37±0.25	9.32±0.23	29.8±0.03
T3.	6.8±0.30	143±0.28	0.21±0.28	8.21±0.25	25.9±0.01
T4	6.94±0.28	266±0.25	0.1±0.30	7.5±0.31	22.7±0.07

植物生长参数

镧及镧的不同比例对材料形态参数的影响Cymbopogon flexuosus如图1所示。所有选择植株的鲜重和干重均持续增加，说明镧对柠檬草根和芽生物量有刺激作用。根据Tucher和Schmidhalte的说法¹⁸Chaturvedi等人;¹⁹La对菠菜和菠菜芽部发育有积极影响Z.mays。张和张^20.还观察到玉米幼苗生长显著增加，从而提高了产量。

图1:植物生长参数对c . flexuosus 点击此处查看图

光合色素测定

的光合色素浓度的显著增加c . flexuosus如图2所示，各处理的La浓度均有所增加。每隔一个月测定叶片叶绿素含量，连续测定4个月。以氯盐形式处理5 ~ 20mg /l镧后，烟草幼苗光合活性加快。²¹但是根据一些研究人员的说法，当镧的浓度超过15毫克/公斤时，观察到叶绿素含量下降。²²光合色素浓度的增加是由于稀土元素增加了植物光系统ii的活性。也有报道称，适当浓度的La在体内加速了光合反应。²³喷施稀土提高了辣椒叶绿素含量。²⁴

图2:La对紫花苜蓿光合色素的影响C.flexuosus 点击此处查看图

抗氧化酶测定

镧对各种抗氧化酶活性的影响如图3所示。处理后POD和CAT活性显著高于对照。过氧化物酶和CAT是潜在的H清除剂₂O₂减少植物的氧化和其他压力。²⁵在H₂O₂破坏酶，CAT活性的增加低于POD，这可能是由于CAT仅存在于过氧化物酶体中，并且具有较低的底物亲和力。²⁶

图3:显示了镧对酶活性C.flexuosus 点击此处查看图

蛋白质分析

在本研究中，镧处理对蛋白质活性的影响显著高于对照。结果表明，T0含量为189.9µg mg^－1， T1含190.1µg mg^－1， T3含有191.5µg mg^－1T4含有192.7µg mg^－1蛋白质含量。

植物组织中的镧(REE)分析

根中总镧积累量为20.725 mg g^－1注射时是25.625毫克g^－1ICP-OES分析。根据Zeng等人的研究，Pronephrium单纯形累积可达1.2毫克/克^－1自然生长条件下稀土的干质量。²⁷柠檬草的转运因子大于1，表明其茎部是金属积累的主要目标。

结论

目前的研究证实，镧的累积量为25.625 mg g^－120.725 mg g^－1在…的茎和根中Cymbopogon flexuosus。稀土元素对植物种子萌发、生长、总生物量、次生代谢物产量以及矿物质和金属的吸收均有显著的积极影响。但是没有明确的证据表明稀土元素是植物生长所必需的，许多研究表明稀土元素可以刺激植物吸收、转移和同化营养。此外，在世界范围内，镧和其他稀土元素作为肥料和饲料添加剂的使用支持了利用植物提取和修复稀土元素的想法。因此，利用合适的植物进行稀土的修复和提取可能是一种有效、环保、安全和廉价的替代方法。

确认

作者感谢布巴内斯瓦尔矿物和材料技术研究所所长b.k. Mishra教授为开展工作提供了必要的设施，并感谢新德里科学和工业研究理事会提供的财政支持。

参考

1. 周,J。,郭,l.p.霁Z,周,顺丰速递,杨,G。,赵,M.X. LaCl3对照片合成和积累的影响tanshinones和salvianolicacidsin丹参幼苗。[J]稀土，2009排名:494-8 (2011)
2. Nicodemus, M.A, Salifu, K.F, Jacobs, D.F.。镧水平及其与氮源相互作用对黑核桃早期发育的影响。J稀土，27: 270-9 (2009)
3. EI-Ramady, H.R. A .稀土元素在土壤/植物环境中的生物作用[论文]。柏林:ausdem Julius Ku¨n- institut;(2008)
4. 稀土:重要的战略储备资源。乔治·蒂奇，21岁: 7。(2010)
5. 站在十字路口的稀土——达德利•金•斯诺斯着眼于世界市场，看到了这个行业是如何模仿当前和未来的需求的。印第安纳州矿业公司492: 66 - 71(2008)。[SeptemberIssue]。
6. Volokh, a.a.， Gorbunov, a.v.， Gundorina, s.f.， Revich, b.a.， Frontasyeva, m.v.， Pal, C.S.磷肥生产中稀土元素污染的来源。环境科学，1995;141 - 148。(1990)
7. 盐，d.e.，史密斯，r.d.，拉斯金，I.植物修复。植物分子生物学;49: 643-668 (1998)
8. 范史蒂芬尼克，r.f.m.，范史蒂芬尼克，m.e.， Chescoe D.大麦根尖中镧的胞内结合。原生质,90成绩:89-97 (1976)
9. MMPI、罗夏测验和WAIS:信度、稳定性和效度的meta分析比较。心理上的公告，103: 367-373(1988)。
10. 沃克基，A，布莱克，IA。对测定土壤有机质的Degtjareff法的检验和对铬酸滴定法的改进。土壤科学，37: 29-38 (1934)
11. 杰克逊,马丁土壤化学分析，新德里，普伦蒂斯霍尔私人有限公司(1973年)
12. 李建军，李建军，李建军，等。铁尾矿的植物稳定性研究。植物保护学报，2014(3):444 - 444。996 - 1009 (2012)
13. 波拉，汤普生，柯立民，P.E.。测定四种不同溶剂提取叶绿素a和b的精确消光系数和联立方程:原子吸收光谱法对叶绿素标准浓度的验证。生物化学学报，1998: 384-394 (1989)
14. 米斯拉，H.P. Fridovich, I.超氧自由基在自动氧化过程中的产生。中国生物医学工程学报，2016: 6960-6966 (1972)
15. Chance, B.， Maehly, ac .过氧化氢酶和过氧化物酶的测定。方法酶: 764-775 (1955)
16. Lowry, o.h.， Rosebraugh, n.j.， Furr, a.l.， Randall, R.J.用福林酚试剂测定蛋白质。生物化学，19(3):265 - 266 (1951)
17. ŽaltauskaitÄ -， J.， ŠliumpaitÄ -， I.春大麦(Hordeum vulgare L.)中镉和铜的毒性效应和生物积累评价。环境工程与管理，2(6);51-58 (2013)
18. 李春华，李春华，李春华，等。土壤和营养液中镧的吸收及其对植物生长的影响。植物营养学报，2008;574 - 580 (2005)
19. Chaturvedi, N.， Gannavarapu, R.， Dhal, N.K.Zea maya, Vigna radiata和豇豆属蒙戈。环境科学学报(英文版)653 - 59 (2014)
20. 张生，张慧，秦瑞，姜文，刘东。镉对蚕豆根尖细胞脂质过氧化的诱导及对根尖细胞和抗氧化酶活性的影响。Ecotoxicol, 18: 814-823 (2009)
21. 陈文杰，陶勇，顾永华，赵广文。氯化镧对烟草幼苗光合作用和干物质积累的影响。生物微量元素研究;79 (2):169 - 176 (2001)
22. 曾强，朱军，谢忠，朱竑，曹中。油菜对La的响应及红土中La的临界浓度。环经科学，22(4):77 - 80 (2001)
23. 洪富华，魏志刚，赵广文，镧对水稻老化种子萌发的影响。生物微量元素研究，75: 205 -213 (2000)
24. 何彦忠，王建峰，方新华，甘文娥，赵国文，稀土微肥对辣椒植株生理指标及产量的影响。中国稀土，19(2):36-40 (1998)
25. Pandey, V.， Dixit, V.， Shyam, R.与芥菜生长有关的抗氧化反应。植物暴露于六价铬。光化层,61: 40-47 (2005)
26. Willekens, h.d.， inz M,Van montagum,Van CampW。植物中的过氧化氢酶。摩尔繁殖，1: 207 (1995)
27. 赖勇，王强*，闫伟，杨玲，黄波。用SEC-ICP-MS和MALDI-TOF/ESI-MS初步研究稀土超富集物单质原中稀土的富集和分选。分析原子光谱[J]， 2008:751 - 753 (2005)