學(xué)者網(wǎng)訊（編輯/劉秀 通訊員/孔令竹）稀土元素被譽(yù)為“工業(yè)維生素”，是人工智能、新能源、國(guó)防等高新技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的核心戰(zhàn)略資源，也是全球供應(yīng)鏈中風(fēng)險(xiǎn)較高的關(guān)鍵原材料之一。然而，傳統(tǒng)稀土開采往往伴隨著嚴(yán)重的環(huán)境生態(tài)破壞。有沒有更清潔、更可持續(xù)的稀土獲取方式？大自然或許早已埋下線索。
近日，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所朱建喜研究員團(tuán)隊(duì)取得重要研究進(jìn)展：他們?cè)谝环N名為“烏毛蕨”的蕨類植物體內(nèi)，不僅發(fā)現(xiàn)大量富集的稀土元素，還首次觀測(cè)到這些稀土在植物組織細(xì)胞間“自我組裝”，形成了名為一種叫“鑭獨(dú)居石（Monazite-（La））”的礦物。這是科學(xué)家首次在天然植物中發(fā)現(xiàn)稀土元素的生物成礦現(xiàn)象，通常這種礦物主要在巖漿或熱液活動(dòng)等地質(zhì)過程中形成，需要較高的溫度環(huán)境。
烏毛蕨屬于一類特殊的稀土“超積累植物”，仿佛土壤中的“稀土吸塵器”，能高效吸收并濃縮分散在環(huán)境中的稀土元素。研究顯示，在其葉片的維管束和表皮組織中，從土壤中吸收的稀土元素會(huì)以納米顆粒形式沉淀，并進(jìn)一步結(jié)晶成磷酸鹽稀土礦物。這一過程，實(shí)際上是一種植物的自我保護(hù)機(jī)制，就像是植物在體內(nèi)“打包封存”有毒物質(zhì)，把可能傷害細(xì)胞的稀土離子，穩(wěn)穩(wěn)鎖進(jìn)礦物結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)稀土的鈍化和自然“解毒”。
獨(dú)居石是工業(yè)上重要的稀土礦石，但天然獨(dú)居石中常伴生放射性鈾、釷元素，給開采與應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。而烏毛蕨在自然生長(zhǎng)的常溫常壓條件下所形成的“生物獨(dú)居石”，純凈、無輻射，展現(xiàn)出極具潛力的綠色提取前景。
過去，我們知道微生物和動(dòng)物能在體內(nèi)“造礦”，比如貝殼及珊瑚中的方解石和文石、動(dòng)物牙齒和骨骼中的磷灰石。但植物界的“礦物制造能力”卻長(zhǎng)期被低估——此前已知的僅有少數(shù)幾種，如方解石和草酸鈣石等鈣質(zhì)晶體以及植硅體。這一次在烏毛蕨中發(fā)現(xiàn)稀土成礦，不僅刷新了人類對(duì)植物礦物機(jī)制的認(rèn)知，也為近千種已知超富集植物的研究打開了新窗口。
該研究成果于11月5日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》（Environmental Science & Technology），該工作不僅揭示了植物對(duì)稀土的“解毒”與礦化機(jī)制，也為未來稀土資源的可持續(xù)利用提供了新路徑：通過種植烏毛蕨等超積累植物，可在修復(fù)污染土壤、恢復(fù)稀土尾礦生態(tài)的同時(shí)，從植物體中回收高價(jià)值稀土，真正實(shí)現(xiàn)“邊修復(fù)、邊回收”的綠色循環(huán)模式。
論文信息： Liuqing He, Haiyang Xian, Yiping Yang, Jielong Cao, Hongmei Yang, Jieyang Xie, Jiaxin Xi, Yixuan Yang, Shan Li, Runliang Zhu, Xiaoliang Liang, Hongping He, Michael F. Hochella Jr.*, Jianxi Zhu*. Discovery and Implications of a Nanoscale Rare Earth Mineral in a Hyperaccumulator Plant. Environmental Science & Technology, DOI : 10.1021/acs.est.5c09617
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