隨著核電和軍工的快速發(fā)展，世界各國對天然鈾的需求也開始大幅度上升，形成了新一輪的鈾礦開發(fā)熱，然而隨之帶來的問題是鈾礦開采和鈾水冶過程中產(chǎn)生的放射性廢水的數(shù)量和種類也越來越多.我國鈾礦冶放射性具有濃度低、數(shù)量大、污染面積廣等特點，這些廢水含有鈾、釷和鐳等半衰期較長的天然放射性元素，若未經(jīng)處理直接排放，不僅會污染地表水，而且還會慢慢滲入地下，造成地下水的污染，進(jìn)而擴(kuò)展到整個生物圈，最終對人和動物造成化學(xué)毒性和輻射毒性兩個方面的危害.因此，鈾污染水體的修復(fù)問題亟待研究解決.

目前，處理鈾污染水體的主要方法有化學(xué)沉淀法、蒸發(fā)濃縮法、吸附法、離子交換法、離子浮選法、膜分離法等.這些傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理方法在實際應(yīng)用中存在許多不足，主要表現(xiàn)為工序復(fù)雜，產(chǎn)生的泥漿量較大，還需對二次污染物再次處理，而且在處理低濃度、大面積鈾污染水體時需要較高的費(fèi)用.生物修復(fù)作為一項新興的高效修復(fù)技術(shù)，特別是植物修復(fù)和微生物修復(fù)逐漸成為近年來國內(nèi)外研究的熱點.生物修復(fù)具有修復(fù)成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點，但單獨(dú)采用植物修復(fù)時，存在生產(chǎn)周期長、生物量小、受pH值、SO42-等化學(xué)因素影響較大，且超富集往往具有專一性等缺點;單獨(dú)采用微生物修復(fù)時，雖然可以通過改變重金屬的化合價態(tài)來降低毒性并富集重金屬，但需要不斷添加碳源和氮源，且微生物死后被吸附的核素又會重新釋放到水中，造成修復(fù)效率降低.這就要求我們利用植物和微生物的共生或共存關(guān)系構(gòu)建植物-微生物共生富集凈化體系，充分發(fā)揮植物和微生物各自修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢，彌補(bǔ)單一植物或微生物修復(fù)的不足，實現(xiàn)含鈾廢水的高效修復(fù).

滿江紅是一種生長在水田或池塘中的小型浮水植物，常與魚腥藻共生，魚腥藻能固定大氣中的氮?dú)鉃闈M江紅提供氮源，是一種天然的植物(滿江紅)-微生物(魚腥藻)共生體系.研究表明，滿江紅和魚腥藻形成的共生體系對水中的重金屬離子有較好的富集能力;特別是報道了滿江紅和魚腥藻的共生體系對水體中的鈾具有較好的去除作用.但魚腥藻在滿江紅-魚腥藻共生體系去除水中鈾時的作用尚未開展相關(guān)研究.因此，本文擬分離滿江紅和魚腥藻，培育出無藻滿江紅和魚腥藻，研究無藻滿江紅、有藻滿江紅和魚腥藻對水中鈾的去除效果，并通過紅外光譜技術(shù)分析無藻滿江紅、有藻滿江紅和魚腥藻富集鈾前后化學(xué)基團(tuán)的變化，以揭示魚腥藻在滿江紅-魚腥藻共生體系去除水中鈾時的作用，為建立新的植物-微生物共生富集凈化體系提供理論依據(jù).

2 材料與方法(Materials and methods) 2.1 無藻滿江紅的獲取

在湖南省衡陽市郊外采集回野生滿江紅(Azolla anabaena)，即天然的滿江紅-魚腥藻共生體系，先用自來水沖洗3~5 min，放入改良的Hoagland培養(yǎng)液中進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，2周后取出預(yù)培養(yǎng)的滿江紅-魚腥藻共生體系，切取其分枝頂端約5 mm左右的片段，并確保每一片段帶有2~3個莖尖和15片左右的幼葉;然后將這些片段放置在小紗布袋中用自來水沖洗30~40 min，之后用0.1%的氯化汞溶液浸泡3~4 min進(jìn)行消毒，取出后迅速用無菌水沖洗十余次，徹底洗去殘留的氯化汞;將消毒后的萍體片段用滅菌的干燥濾紙吸去水分，然后在無菌操作臺中，體式顯微鏡下用解剖針取其莖尖(約0.5 mm，保留幾個葉原基和幼葉)，接種于裝有改良的Hoagland培養(yǎng)基的錐形瓶中，置于25 ℃光照下培養(yǎng)，經(jīng)過25 d左右可以長成一叢叢萍體.

將分離后長成的萍體分別放在無氮源和有氮源的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在有氮源的培養(yǎng)基中萍體長勢良好，而在無氮源的培養(yǎng)基中不能存活的萍體便是分離成功的，即不含魚腥藻的無藻滿江紅，下文將滿江紅和魚腥藻的共生體系稱為有藻滿江紅(Azollawith Anabaena).

應(yīng)用顯微操作技術(shù)從無菌有藻滿江紅植株葉片的葉腔中取出魚腥藻(Anabaena)，將它接種于無氮培養(yǎng)基，得以成活，即成功獲得了自生的無菌滿江紅魚腥藻，下文將從滿江紅中分離的無菌滿江紅魚腥藻稱為魚腥藻.

改進(jìn)的Hoagland’s 營養(yǎng)液配方如下：①大量元素：Ca(NO3)2·4H2O 945 mg·L-1，KNO3 506 mg·L-1，NH4NO3 80 mg·L-1，MgSO4·7H2O 493 mg·L-1;②鐵鹽溶液：2.5 mL·L-1(2.78 g FeSO4·7H2O，EDTA 3.73 g，H2O 500 mL，pH=5.5);③微量元素液：5 mL(KI 0.83 mg·L-1，H3BO3 6.2 mg·L-1，MnSO4 22.3 mg·L-1，ZnSO4 8.6 mg·L-1，Na2MoO4 0.25 mg·L-1，CuSO4 0.025 mg·L-1，CoCl2 0.025 mg·L-1，pH=6.0).

2.2 水培試驗方法

水培實驗在3 L的燒杯中進(jìn)行，分為A、B和C 3組：根據(jù)我國南方某鈾尾礦庫及周邊地區(qū)地表水中鈾的濃度，初始鈾濃度設(shè)定為2.5、5.0 mg·L-1的實驗組和0 mg·L-1的對照組;同時，A、B和C每個濃度設(shè)定3個平行組，溶液體積為1 L.A組中投放7 g無藻滿江紅，B組中投放7 g有藻滿江紅，C組中投放0.2 g魚腥藻(從7 g有藻滿江紅可分離出0.2 g魚腥藻).整個培養(yǎng)過程全部在人工氣候箱中進(jìn)行，白天溫度設(shè)定為25 ℃，夜晚設(shè)定為22 ℃，光暗周期為14 h/10 h，空氣濕度保持在80%左右.每3 d測定一次水中鈾的濃度并計算水中鈾的去除率，待富集達(dá)到平衡后，取出所有的萍體，用濾紙吸干水分稱其鮮重，計算植株的平均生長抑制率及對鈾的生物富集量.

無藻滿江紅、有藻滿江紅和魚腥藻富集鈾后的紅外光譜對比分析如圖 4所示.由圖 4可知，相對于無藻滿江紅，有藻滿江紅中和魚腥藻中，151 cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰，分析為芳環(huán)CC骨架振動產(chǎn)生的吸收峰，說明有藻滿江紅和魚腥藻富集鈾后，產(chǎn)生了芳環(huán)類的物質(zhì);1447 cm-1處新出現(xiàn)的吸收峰，分析為醇類或苷類化合物中C—H彎曲振動產(chǎn)生的吸收峰，說明有藻滿江紅和魚腥藻富集鈾后，產(chǎn)生了醇類或苷類化合物.因此，有藻滿江紅體內(nèi)出現(xiàn)了新的芳環(huán)和醇類或苷類化合物可能是由魚腥藻產(chǎn)生的.而這些新的化合物可能是微生物魚腥藻在富集鈾的過程中分泌的一些胞外物質(zhì)(Homer et al.，1991)，它們可選擇性地與鈾結(jié)合(Kajiawara et al.，2004)，并降低鈾對植物的危害，增加生物量，從而促進(jìn)有藻滿江紅對鈾的富集.

聚氯化鋁廠家通過研究的結(jié)果表明，有藻滿江紅富集鈾的過程中，魚腥藻也參與其中，并協(xié)同無藻滿江紅一起富集水中的鈾.但有關(guān)滿江紅和魚腥藻組成的共生體系高效除去鈾的深層機(jī)制仍有待進(jìn)一步的研究.