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夏庆银：相山含铀流纹岩微生物风化机理研究【GCA，2020】
发布时间：2020-11-17 作者：[科学研究院]张帅 阅读：9次
重金属铀作为核电站和核武器的关键原料，对能源、国防及科研具有重要意义。目前，伴随着铀矿品味的持续下降以及工业社会对铀资源需求的日益走高，必然导致对低品位铀矿的大面积开采，从而形成累计增长的含铀尾矿。而这些含铀矿石在日常贮存、堆放过程中，不可避免地会与环境中赋存的微生物相互作用，从而可能导致铀元素的二次迁移，给周边生态环境造成严重位威胁，因此了解微生物作用下的铀元素迁移机制显得极为重要。然而，由于铀元素的化学毒性与放射性，其微生物风化作用机理目前尚不明确。
针对上述科学问题，我校地球科学与资源学院、“极端环境生物地球化学循环”求真研究群体研究生夏庆银在董海良教授及核工业北京地质研究院李子颖高级工程师等指导下，从我国最大的火山岩型铀矿区──江西抚州相山铀矿采集典型含铀岩石、土壤、沉积物及水体样品，并从中分离、纯化出73株原位细菌，通过对这些菌株的铀耐受及吸附能力测试，筛选出梭状芽孢杆菌属Lysinibacillus sp. 2-4，假单胞菌属Pseudomonas sp. 2-23，微杆菌属Microbacterium sp. 6-1和芽孢杆菌属Bacillus sp. 30等四株细菌与含铀岩石共培养进行生物风化实验。研究取得创新性认识如下：
1、从铀矿区分离、纯化的微生物均展现出较强的铀耐受能力，对含铀矿物的风化具有不同程度的促进作用，与微生物的生理代谢活动相关；不同种含铀矿物对微生物风化作用的敏感程度存在显著差异，与矿物本身的赋存形式、溶解度等有关；相较于钛铀矿，沥青铀矿更易被微生物风化、溶解；
2、微生物可以同时通过被动和主动两种模式促进铀元素的迁移；被动迁移：微生物在寡营养条件下，通过释放有机酸、铁载体等有机络合物，获取营养物质以供自身新陈代谢的同时促进铀元素从岩石中释放、迁移；主动迁移：部分微生物可能与铀元素之间存在特定的能量或物质需求关系，使得微生物可以主动“识别”含铀矿物，有选择性地吸附在含铀矿物表面，促进铀元素迁移（图1）；人为阻断这一特异性吸附过程，会显著降低微生物对铀元素迁移的促进作用；
3、微生物释放出的有机酸在促进铀元素迁移程度上存在显著差异，主要是柠檬酸等可以与铀元素形成稳定螯合物的有机酸在发挥作用，因此分泌出较多柠檬酸的微杆菌属6-1具有较强的促进铀迁移能力，而释放最高含量乳酸的假单胞菌属2-23则表现出较弱的促进铀迁移能力；
该结果帮助我们了解自然界中微生物与含铀矿石之间的相互作用机制，有助于我们更为妥善地设计含铀尾矿的处置方法；微生物（尤其是微杆菌属6-1）所展现出的特异性铀识别和吸附能力，在铀资源的开发、利用和回收方面具有巨大潜力。
图1 微杆菌属Microbacterium sp. 6-1专一性地吸附在含铀矿物（沥青铀矿）表面
上述研究成果发表在地球化学国际权威刊物《Geochimica et CosmochimicaActa》上：Xia, Q., Zhang, L., Dong, H., Li, Z., Zhang, Y., Hu, J., Chen H. and Chen, Y. Bio-weathering of a uranium-bearing rhyolitic rock from Xiangshan uranium deposit, Southeast China. Geochimica et CosmochimicaActa, 2020, 279: 88-106. [IF2018=4.258]
