姜曉燕，閆 冬，何映雪，范 莉，梁宸卿

(中國(guó)疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所放射生態(tài)學(xué)研究室，北京 100088)

放射生態(tài)學(xué)是一門(mén)多學(xué)科融合的交叉學(xué)科，它主要關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)中放射性本底的變化、放射性核素在環(huán)境介質(zhì)中的富集及遷移規(guī)律以及放射性核素對(duì)生物產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)及意義。通過(guò)模擬天然條件、人為引入放射性核素觀測(cè)其在生態(tài)系統(tǒng)的富集、遷移特征，掌握其規(guī)律，擬定放射性核素污染生物鏈的防治對(duì)策。由于放射性核素的同位素與其具有相同化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境行為，因此，目前絕大部分放射生態(tài)學(xué)研究均是用穩(wěn)定同位素代替放射性核素的研究，例如Soudek 等[1]研究發(fā)現(xiàn)植物對(duì)鍶的放射性同位素90Sr 和穩(wěn)定性同位素88Sr 的吸收無(wú)明顯差異。用穩(wěn)定核素替代放射性核素的研究主要是集中在植物富集放射性核素的篩選方面，其目的在于為將來(lái)植物修復(fù)污染土壤這一技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工作中而提供科學(xué)數(shù)據(jù)。研究植物吸附、富集核素規(guī)律，不僅可以為植物修復(fù)污染土壤提供理論基礎(chǔ)，還可以根據(jù)植物的某項(xiàng)生理、生化指標(biāo)改變而作為放射性污染的指示標(biāo)志物，為預(yù)測(cè)、預(yù)警該地區(qū)受到放射性污染提供技術(shù)支持以及根據(jù)可食性植物對(duì)放射性核素富集規(guī)律，有利于對(duì)核事故情況下可食植物的安全性進(jìn)行評(píng)估與研判。

放射性核素進(jìn)入環(huán)境，遵循物理學(xué)濃集、擴(kuò)散以及生物學(xué)累積和轉(zhuǎn)移的規(guī)律，其行為受到其物理與化學(xué)性質(zhì)所制約。放射性核素進(jìn)入植物體內(nèi)的主要途徑包括：放射性污染(人為因素如核試驗(yàn)、核事故等)、大氣干濕沉降、土壤顆粒在植物體表面的黏附和植物根系吸收。放射生態(tài)學(xué)主要關(guān)注與核試驗(yàn)、核燃料循環(huán)等相關(guān)的物理半衰期較長(zhǎng)的放射性核素，如銫(137Cs 為30.0 年)、鍶(90Sr 為29.1 年)、鈾(238U 為4.47×109年)[2]等。放射性核素通過(guò)不同方式進(jìn)入植物后，會(huì)在植物體內(nèi)遷移運(yùn)動(dòng)，或留在特定組織和器官與其生命組分相結(jié)合。例如90Sr 等核素行為像鈣(Ca)，137Cs 像鉀(K)遷移，131I、133I 類(lèi)似于穩(wěn)定碘(I)的運(yùn)動(dòng)。植物對(duì)放射性核素的吸附、富集和遷移等行為，類(lèi)似植物對(duì)重金屬的吸附和遷移，有一定規(guī)律可循，也會(huì)受到多種因素的影響，植物生活的空間和壽命都會(huì)影響放射性核素的累積，因此，植物對(duì)富集環(huán)境中的放射性核素的作用也是有限的[3]，下面就放射性核素的植物效應(yīng)研究情況進(jìn)行簡(jiǎn)要概括。

1 放射性核素對(duì)植物群落的影響

植物群落(plant community)是指生活在一定區(qū)域內(nèi)所有植物的集合，它是每個(gè)植物個(gè)體通過(guò)互惠、競(jìng)爭(zhēng)等相互作用而形成的一個(gè)巧妙組合，是適應(yīng)其共同生存環(huán)境的結(jié)果。植物群落的多樣性是維持生態(tài)平衡的關(guān)鍵，而且存在著植物群落的相互作用，植物間的相互作用通常是通過(guò)去除鄰體和保留鄰體之間的個(gè)體表現(xiàn)(一般是生物量)差異來(lái)衡量的，有一系列指標(biāo)表示生物間的相互作用強(qiáng)度，如相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)指數(shù)、對(duì)數(shù)響應(yīng)比、相對(duì)鄰體效應(yīng)和相對(duì)相互作用強(qiáng)度。通過(guò)調(diào)查研究對(duì)植物群落作綜合分析，找出群落本身特征和生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，以及各類(lèi)群落之間的相互聯(lián)系。

放射性核素對(duì)植物群落的作用，一方面是由放射性核素本身的毒性作用，另一方面是由放射性核素發(fā)出的射線(xiàn)或衰變的子體對(duì)植物的作用。

放射性核素的存在威脅著農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，引起土壤生物種群區(qū)系成分的改變、生物群落結(jié)構(gòu)的變化。大量放射性核素釋放到農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致脅迫植物，輻射敏感植物最先受到傷害，導(dǎo)致死亡、破壞或干擾。放射性核素的存在影響著植物群落，如有分析研究了南方某鈾礦區(qū)周邊的植物群落，不同環(huán)境輻射強(qiáng)度生境上植物重要值差別較大：輕度、中度輻射強(qiáng)度生境的群落物種重要值相對(duì)分散，喬、灌、草三層均出現(xiàn)多個(gè)優(yōu)勢(shì)植物；而重度輻射強(qiáng)度群落的優(yōu)勢(shì)植物集中于極少數(shù)植物。鈾存在下，相對(duì)其他地區(qū)的植物群落稀少、草本植物種類(lèi)占比較多，木本植物占比較少，以禾本科，菊科植物種類(lèi)較多，而且耐受性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)植物如一年蓬、野菊花、蒼耳、商陸等形成一定優(yōu)勢(shì)群落生長(zhǎng)[4]。在尾礦壩，個(gè)別植物如商陸、蒼耳和辣蓼生長(zhǎng)茂盛，不僅形成了一定的群落，而且可能因?yàn)槭艿捷椛涞纫蛩氐挠绊懀参飩€(gè)體較非礦區(qū)自然狀態(tài)下的生物量更大，這些特點(diǎn)將對(duì)鈾礦區(qū)污染土壤的修復(fù)和復(fù)墾有著重要的科研參考價(jià)值。

2 放射性核素對(duì)植物的個(gè)體效應(yīng)

放射性核素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和植物群落的影響是廣義的、普遍的，最終還是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的每一個(gè)體植物產(chǎn)生影響。植物個(gè)體效應(yīng)一方面有放射性核素本身的毒性作用，另一方面在于放射性核素發(fā)出的射線(xiàn)對(duì)植物的作用。主要包括對(duì)個(gè)體存活率，生長(zhǎng)速率等一系列生理生化反應(yīng)的影響，植物會(huì)通過(guò)自身調(diào)節(jié)和適應(yīng)環(huán)境調(diào)節(jié)對(duì)外來(lái)的放射性核素的脅迫產(chǎn)生抗性，在逆境中生存。另一方面可以通過(guò)改變自身的膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、光合過(guò)程、酶代謝等方式更好的適應(yīng)新環(huán)境而進(jìn)行生長(zhǎng)、發(fā)育。

不同種類(lèi)的植物之間、同種植物的不同品種之間以及同一植物的不同組織、器官之間的輻射敏感性均存在明顯差異；引起植物種間輻射敏感性差異的內(nèi)在原因主要有細(xì)胞核體積、染色體體積、DNA含量、內(nèi)生保護(hù)劑，而品種間的輻射敏感性差異與DNA 損傷的自身修復(fù)力和一些生物分子的化學(xué)基因(如蛋白質(zhì)分子的巰基—SH 等)有關(guān)；水分、氧氣、溫度以及輻射保護(hù)劑和敏化劑，是影響植物輻射敏感性的幾個(gè)重要外界因素。

植物對(duì)放射性核素的輻射敏感性由高到低為：高等植物＞低等植物、普通品種＞雜交品種、栽培品種＞野生品種、豆科＞禾本科＞十字花科；植物生長(zhǎng)發(fā)育不同階段對(duì)輻射的敏感性由高到低為：幼苗＞成株、未成熟種子＞成熟種子、萌發(fā)種子＞休眠種子；發(fā)育過(guò)程中其各器官輻射敏感性由高到低為：配子體＞枝條＞種子；葉芽生長(zhǎng)點(diǎn)、薄壁組織、花芽、根尖比其他器官更敏感；植物在細(xì)胞水平上對(duì)輻射的敏感性由高到低為：細(xì)胞核＞細(xì)胞質(zhì)、性細(xì)胞＞體細(xì)胞、卵細(xì)胞＞花粉細(xì)胞、減數(shù)分裂細(xì)胞＞有絲分裂細(xì)胞；在有絲分裂中對(duì)輻射敏感性由高到低為：?jiǎn)渭?xì)胞＞二倍體細(xì)胞；而DNA合成期、分裂旺盛期細(xì)胞對(duì)輻射敏感性較高。

輻射敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括當(dāng)代植株生長(zhǎng)的抑制、細(xì)胞學(xué)及生理生化變化，輻射對(duì)植物的影響表現(xiàn)為生長(zhǎng)抑制、生育期延遲、形態(tài)變異、育性及存活率下降、產(chǎn)量減少。生長(zhǎng)抑制指標(biāo)包括種子發(fā)芽特性與幼苗形狀，常用此來(lái)快速判定輻射敏感性；細(xì)胞學(xué)指標(biāo)包括根尖細(xì)胞染色體畸變率、微核細(xì)胞率、細(xì)胞有絲分裂指數(shù)。微核是衡量輻射對(duì)染色體損傷的可靠指標(biāo)；生理生化指標(biāo)包括酶類(lèi)，光合生理如葉綠素、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)讀和細(xì)胞間隙CO2濃度、自由基、同工酶酶譜、膜脂過(guò)氧化程度等。植物受到污染所致的環(huán)境中放射性核素鍶、銫等的脅迫，其體內(nèi)發(fā)生生理生化反應(yīng)，產(chǎn)生一些應(yīng)激反應(yīng)，表現(xiàn)為好的一方面是具有各種抗性，不利的一面是導(dǎo)致植物受脅迫而引起損傷、枯萎或死亡。

3 放射性核素對(duì)植物抗性的影響

植物抗性(plant resistance)是指植物自身形成了一系列生理生化的防御機(jī)制，能夠適應(yīng)并抵御各種生物和非生物逆境脅迫的能力[5-6]。植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中可能面臨各種來(lái)自環(huán)境的脅迫(press)。這些脅迫可能來(lái)自非生物因素如自然環(huán)境中的低溫、干旱、高鹽、水土污染等，也可能來(lái)自生物的因素如病蟲(chóng)害等[7]，根據(jù)植物對(duì)外界的耐受性還可將抗性分為抗熱性、抗冷性、抗污染性、抗輻射性、抗病性、抗鹽性等[8]。植物抗脅迫機(jī)制分為：避性機(jī)制和耐性機(jī)制。避性機(jī)制是植物不能主動(dòng)發(fā)生空間位移，主要是采取在時(shí)間上調(diào)整其生長(zhǎng)發(fā)育周期避開(kāi)外界環(huán)境脅迫發(fā)生時(shí)期，尋找適宜環(huán)境完成生長(zhǎng)發(fā)育周期或某個(gè)生長(zhǎng)階段。耐受機(jī)制是植物在逆境條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)其生理生化過(guò)程增強(qiáng)修復(fù)能力，保證細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定，功能上維持各項(xiàng)生理活動(dòng)的運(yùn)行(如光合、呼吸、離子平衡、酶活力等方面)，在逆境條件下仍能保持正常生理機(jī)能的平衡。無(wú)論植物采取哪一種方式來(lái)減少放射性核素對(duì)其的損害，都是在一定范圍內(nèi)的，超過(guò)某個(gè)閾值，將無(wú)法避免植物出現(xiàn)損傷乃至死亡。類(lèi)似人類(lèi)的代償和失代償機(jī)能。維持植物抗性與體內(nèi)一些物質(zhì)相關(guān)，植物抗性相關(guān)物質(zhì)包括：脯氨酸、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶、丙二醛、抗壞血酸過(guò)氧化物酶、水楊酸、可溶性糖、谷胱甘肽、谷胱甘肽還原酶。能夠影響到這些物質(zhì)代謝的均會(huì)影響植物的某一抗逆性，如抗鹽性、抗病性等抗逆性。

3.1 鍶、銫對(duì)植物抗性的影響

有學(xué)者[9]研究了10 科13 種植物用穩(wěn)定核素鍶、銫代替放射性核素鍶、銫，在高濃度鍶[500 mg/kg，Sr(NO3)2]和銫(500 mg/kg，CsNO3)的抗性及其對(duì)鍶的富集能力，篩選針對(duì)土壤鍶或銫污染的修復(fù)植物，結(jié)果表明：抗高濃度Sr脅迫能力從大到小依次是：芝麻、向日葵、紅圓葉莧、菊苣、空心蓮子草、西葫蘆、蕹菜、黃秋葵、高粱、木耳菜、柳葉莧、四季豆、灰灰菜；抗高濃度Cs脅迫能力從大到小依次是：芝麻、蕹菜、四季豆、空心蓮子草、西葫蘆、黃秋葵、向日葵、柳葉莧、紅圓葉莧、灰灰菜、木耳菜、高粱、菊苣。由此看出，芝麻對(duì)鍶、銫的脅迫具有抗逆性，對(duì)鍶、銫的抗脅迫能力均排在所研究植物中的首位。

在對(duì)油菜的研究中，將耐輻射異常球菌導(dǎo)入大腸桿菌，油菜中能檢測(cè)到其表達(dá)，并增強(qiáng)油菜對(duì)射線(xiàn)和鹽脅迫等的耐受性。油菜對(duì)銫(133Cs)脅迫的抗性實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果[10]表明，受到4種133Cs濃度脅迫時(shí)，轉(zhuǎn)IrrE基因油菜比非轉(zhuǎn)基因油菜更具有Cs脅迫耐受性，轉(zhuǎn)基因油菜根部的積累量大于非轉(zhuǎn)基因油菜，MDA含量低于非轉(zhuǎn)基因油菜，產(chǎn)生的游離脯氨酸高于非轉(zhuǎn)基因油菜。IrrE就是從耐輻射球菌中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)DNA 修復(fù)開(kāi)關(guān)基因，在細(xì)胞中被一些損傷信號(hào)或某些中間信號(hào)分子激活，從而開(kāi)啟細(xì)胞的脅迫應(yīng)答機(jī)能和防御機(jī)制，增強(qiáng)細(xì)胞的抗性。

3.2 放射性核素對(duì)植物葉綠素和氧化還原相關(guān)酶類(lèi)的影響

綠色植物通過(guò)葉綠素，利用光能進(jìn)行光合作用，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，同時(shí)釋放出氧氣，植物才能夠正常的生長(zhǎng)。逆境條件下植物體同時(shí)存在著保護(hù)酶系統(tǒng)，這一保護(hù)酶系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)抗氧化系統(tǒng)，能夠清除體內(nèi)多余的自由基，植物通過(guò)抗氧化酶加強(qiáng)抗氧化作用提高對(duì)逆境的抗性，從而防止自由基毒害。

放射性核素對(duì)植物葉綠素和抗氧化酶類(lèi)的影響包括對(duì)葉綠素a/b、過(guò)氧化物酶(peroxidase，POD)、脫氫酶(dehydrogenase，DH)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過(guò)氧化氫酶(catalase，CAT)以及丙二醛(malondialdehyde，MDA)等的影響。

3.2.1 鍶、銫、鈾對(duì)植物葉綠素含量的影響核素鍶、銫對(duì)植物的脅迫，可降低植物葉綠素含量。在對(duì)甘藍(lán)的研究中[11]，高濃度的133Cs 或88Sr 脅迫會(huì)抑制甘藍(lán)葉綠素的合成，使其葉綠素含量明顯下降，過(guò)量的133Cs 或88Sr 可能會(huì)與合成葉綠素的關(guān)鍵酶結(jié)合，導(dǎo)致酶失活，抑制葉綠素合成，葉綠素的不斷分解使脅迫60 d時(shí)甘藍(lán)葉綠素比30 d時(shí)明顯下降。

研究表明[12]用不同濃度SrCl2處理菠菜幼苗，與對(duì)照組相比，Sr2+處理對(duì)菠菜葉片中葉綠素a和葉綠素b含量均有抑制作用，且對(duì)葉綠素b的抑制效果要高于葉綠素a，說(shuō)明葉綠素b對(duì)Sr2+處理更敏感。在100%的鈾尾沙處理下，油菜幼苗葉綠素含量降低，且葉片MDA含量明顯升高[13]。

3.2.2 鍶、銫、鈾對(duì)植物抗氧化相關(guān)酶和MDA 的影響抗氧化相關(guān)酶類(lèi)(POD、SOD 和CAT)，能共同清除植物在脅迫中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫。放射性核素鍶、銫的存在使抗氧化相關(guān)酶活性先增加后減少，呈現(xiàn)低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的作用；植物抗氧化相關(guān)酶對(duì)鍶、銫的脅迫較為敏感。MDA含量升高，植物體內(nèi)自由基含量增高，誘發(fā)膜脂過(guò)氧化作用，表明植物在耐受鍶、銫脅迫中經(jīng)歷了逐漸受損的過(guò)程。

在研究向日葵幼苗[8]對(duì)核素Sr 的富集特征和耐受機(jī)制的試驗(yàn)中，施加不同濃度Sr (25、150、750 和1 500 mg/kg)土培處理30 d，向日葵幼苗抗氧化酶SOD、POD和CAT活性均隨著Sr濃度升高呈先增加后減少的趨勢(shì)。向日葵幼苗根部的抗氧化酶系統(tǒng)對(duì)Sr脅迫更為敏感，CAT活性水平較高，表明其在向日葵耐受Sr脅迫機(jī)制中起關(guān)鍵作用。

核素鍶對(duì)玉米種子的發(fā)芽及幼苗的生長(zhǎng)具有雙向作用[14]，隨著鍶脅迫濃度的增加，SOD 活性呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，而POD 活性總體呈下降趨勢(shì)，MDA 含量總體呈升高趨勢(shì)，表明玉米幼苗在放射性核素鍶脅迫過(guò)程中經(jīng)歷了忍耐和逐漸受損的過(guò)程。

同樣在對(duì)可食植物菠菜幼苗水培研究中[12]，菠菜幼苗葉片富集鍶濃度達(dá)到35 mg/kg 時(shí)，0.5 mmol/L SrCl2處理，對(duì)菠菜幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)為先促進(jìn)后抑制；處理20 d后；抗氧化酶活性明顯上升，MDA 比對(duì)照組增加了24%，葉片鍶濃度達(dá)到318.33 mg/kg，2.5 mmol/L SrCl2處理下，植株生長(zhǎng)受到明顯抑制，抗氧化酶系統(tǒng)的響應(yīng)更為強(qiáng)烈，處理20 d 后MDA 增加了68%，植株枯萎近乎死亡。

CsCl處理與脫氫酶活性和過(guò)氧化物酶活性的遞降呈顯著負(fù)相關(guān)。CsCl 對(duì)藜幼苗的正常代謝產(chǎn)生嚴(yán)重脅迫，在50~100 mg/L CsCl 處理下藜幼苗中POD 活性略有降低，當(dāng)濃度為200~800 mg/L 時(shí)POD 活性顯著降低，對(duì)活力指數(shù)的抑制率為17.00%~55.20%，最終在萌發(fā)代謝中使藜的活力指數(shù)下降[15]。該濃度下POD系統(tǒng)的功能甚至其結(jié)構(gòu)可能已受到破壞，POD酶在植物老化組織中活性較高，幼嫩組織中活性較弱；CsCl能還原過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫含量高對(duì)植物細(xì)胞有損害，導(dǎo)致植物衰老。這是因?yàn)檫^(guò)氧化物酶能使組織中所含的某些碳水化合物轉(zhuǎn)化成木質(zhì)素，增加木質(zhì)化程度，所以過(guò)氧化物酶可作為組織老化的一種生理指標(biāo)。

有研究表明[16]，用乙酸鈾(C4H4O6U)處理藜苗，隨著濃度逐漸增加，POD活性明顯下降，乙酸鈾處理與脫氫酶活性和過(guò)氧化物酶活性的遞降呈顯著負(fù)相關(guān)，均顯著降低藜幼苗的脫氫酶活性，表明其體內(nèi)氧化還原活性減弱，對(duì)藜幼苗的正常代謝已產(chǎn)生嚴(yán)重脅迫。研究表明[17]在鈾礦浸出液濃度為10%時(shí)，鈾礦浸出液脅迫顯著增加了綠豆幼苗及其根系SOD 和CAT 的活性；濃度=100%時(shí)，綠豆幼苗及其根系的SOD和CAT活性低于對(duì)照組。有研究顯示，鈾濃度在0~50 mg/L 范圍內(nèi)，蠶豆種子的SOD 和CAT 活性升高，在鈾濃度超過(guò)50 mg/L時(shí)，對(duì)蠶豆種子萌發(fā)率、SOD 和CAT 活性均有抑制作用[18]。上述研究表明，能夠?qū)е轮参锟寡趸富钚陨叩囊蛩?，直接或間接反映出植物抗氧化能力的增強(qiáng)，而導(dǎo)致植物抗性能力增強(qiáng)。

4 放射性核素對(duì)植物根吸收、富集、遷移的影響

植物對(duì)于放射性核素的吸附、富集和遷移行為，絕大部分是通過(guò)植物根部吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)的。放射性核素對(duì)植物根系吸收的影響規(guī)律因植物種類(lèi)而不同，絕大部分根系發(fā)達(dá)植物富集核素較多，也有部分葉片發(fā)達(dá)植物富集核素較多。通常植物吸收放射性核素規(guī)律為地下部分(根部)＞地上部分(莖葉)，莖葉部分＞花果部分[19]。通常用富集率(concentration ratio，CR)和轉(zhuǎn)移系數(shù)(transfer factor，TF)表示植物對(duì)核素的富集和遷移能力。此外植物對(duì)放射性核素的吸收、富集和轉(zhuǎn)移亦受諸多因素影響，通過(guò)外源施加改變土壤性質(zhì)的物質(zhì)等可以影響根部吸收，如施加土壤改良劑、施加化學(xué)肥料等。不同核素對(duì)植物根吸收及富集規(guī)律亦不相同。

4.1 鍶

90Sr 為人工放射性核素，在放射性核素毒性的分組中其為高毒組，衰變放射出β射線(xiàn)，是核裂變的產(chǎn)物，以氣溶膠的形式沉降，由于90Sr 半衰期長(zhǎng)，因此，長(zhǎng)期存在于生態(tài)環(huán)境。植物會(huì)長(zhǎng)期對(duì)其富集與累積，通過(guò)食物鏈逐級(jí)放大影響人類(lèi)，這就是需關(guān)注長(zhǎng)壽命放射性核素的原因所在。在現(xiàn)場(chǎng)采樣調(diào)查研究中[20]，某核電站周邊30 km 以外地區(qū)茶葉中可測(cè)量出90Sr 的放射性活度濃度范圍為1.021～17.19 Bq/kg(2013—2018年)，蔬菜類(lèi)樣品為0.021～0.318 Bq/kg(2013—2017 年)。已有研究[21]探討了放射性污染區(qū)內(nèi)7 種沙漠植物中90Sr 的含量及分布，放射性90Sr的比活度由大到小順序?yàn)椋蝴}生草＞河西苣＞黑果枸杞＞剮毛檉柳＞蘆葦＞沙拐棗＞鹽節(jié)木；植物生長(zhǎng)期采集樣品中90Sr的比活度更高；蘆葦各部位中90Sr 比活度由大到小依次為根＞葉＞莖。未清洗蘆葦樣品中90Sr 的含量比清洗干凈的蘆葦樣品中的含量高得多，表明再懸浮是植物受污染的主要原因。研究表明菊科串葉草是一種90Sr超積累植物。菊科串葉草對(duì)90Sr的富集系數(shù)為3.25、轉(zhuǎn)移系數(shù)為2.95，均大于1.00；能修復(fù)土壤中5.9%的90Sr[22]，可推薦作為90Sr污染土壤修復(fù)處理的備選植物。

植物對(duì)90Sr具有富集作用，主要表現(xiàn)為植物根部對(duì)90Sr的富集大于莖葉部對(duì)90Sr的富集。研究者[8]用穩(wěn)定的鍶、金屬鍶模擬90Sr 對(duì)向日葵進(jìn)行試驗(yàn)表明：向日葵的根、莖、葉均能富集金屬鍶，不同器官表現(xiàn)為根＞葉＞莖。向日葵的生物富集系數(shù)與不同器官金屬鍶富集濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，且根部金屬鍶濃度與富集系數(shù)的相關(guān)性最強(qiáng)。本課題組在對(duì)蔬菜的土培實(shí)驗(yàn)中，菠菜和小白菜對(duì)穩(wěn)定性核素鍶均有較強(qiáng)的富集和吸附作用，且高濃度組的菠菜對(duì)鍶的富集率顯著高于小白菜[23]；在水培條件下，芹菜和蘿卜對(duì)鍶的富集率為莖葉部＞根部[24]；生菜和小蘿卜的根部鍶含量隨著水培液中鍶含量增加而增加，在低濃度組(0.5、1 和2.5 mmol/L)，生菜在Sr 從根向葉的遷移方面比小蘿卜更有優(yōu)勢(shì)，其遷移系數(shù)(TF)值為1.45±0.17，而小蘿卜TF值為0.15±0.03[25]。

4.2 銫

放射性核素137Cs 也是一種人工放射性核素，釋放γ射線(xiàn)，放射性較強(qiáng)，137Cs在放射性核素毒性的分組中分為中毒組，主要來(lái)源于原子彈、氫彈等核武器試驗(yàn)、核武器制造過(guò)程中所產(chǎn)生的放射性廢液、核反應(yīng)堆的放射性廢物和核燃料后處理廠的放射性廢液。自大氣沉降至地表后，被土壤吸附，并主要伴隨著土壤顆粒的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而遷移，被植物吸附和富集。此外137Cs還普遍運(yùn)用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)及生物學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域中，以其獨(dú)特的理化性質(zhì)而成為研究土壤侵蝕和泥沙沉積一種良好的示蹤源。

植物對(duì)進(jìn)入土壤中的銫具有吸附與富集作用，銫富集能力較強(qiáng)的植物有蜀葵、南瓜、地膚、番茄、絲瓜、西葫蘆、小白菜、蓬子菜、芥菜等[26]。有研究顯示，在對(duì)6 種植物實(shí)驗(yàn)中，不同植物吸附137Cs污染土壤修復(fù)能力的順序是：虎尾草＞油菜＞紅梗葉甜菜＞南瓜＞紅甜菜＞東升葉甜菜。且在酸性土壤條件下有利于虎尾草、油菜、南瓜3種植物對(duì)137Cs的吸收[27]。

研究[28]顯示，木耳菜各器官間富集Cs的積累量大小依次為根＞葉＞莖，木耳菜的根、莖、葉在不同類(lèi)型土壤中均能積累Cs，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，其吸收量隨Cs施加濃度的增大而增加，但以根部的富集能力最強(qiáng)、積累量最大。而對(duì)于葉片發(fā)達(dá)的植物來(lái)說(shuō)，葉就是主要吸附銫的器官。如對(duì)莧菜的研究中，莧菜葉片是主要的富集器官，富集量表現(xiàn)為葉＞莖＞根，表明莧菜是一種銫富集能力強(qiáng)，具有較高潛在應(yīng)用價(jià)值的銫污染修復(fù)植物[29]。植物富集核素也有一定限度，在高濃度脅迫情況下，植物生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制、停滯、甚至死亡。有學(xué)者研究了麻瘋樹(shù)幼苗在不同濃度Cs+脅迫處理下，株高、株莖、葉面積均隨Cs+濃度升高而呈下降趨勢(shì)，其中400 mg/kg時(shí)脅迫造成明顯的葉片變黃和脫落，說(shuō)明麻瘋樹(shù)幼苗在高濃度Cs+處理下對(duì)其生長(zhǎng)有抑制作用[30]。而果實(shí)在吸附放射性核素量相對(duì)非可食用的其他器官(根、莖、葉)是較少的。如小麥和玉米是銫低富集植物[29]。這一規(guī)律對(duì)于評(píng)估核事故污染后的植物性食品是否安全是有意義的。

在對(duì)放射性核素在植物中的轉(zhuǎn)移系數(shù)研究中[31]，90Sr的轉(zhuǎn)移系數(shù)高于137Cs，90Sr 從土壤不同科植物轉(zhuǎn)移系數(shù)的順序是錦葵科＞莧科＞胡麻科＞菊科＞豆科、唇形花科＞大戟科＞茄科＞旋花科＞百合科、藜科＞禾本科，上述植物轉(zhuǎn)移系數(shù)的算術(shù)平均值依次是3.03、2.72、2.60、2.49、2.38、2.37、2.27、2.19、1.83、1.67、1.66、1.3，90Sr 從土壤不同科植物轉(zhuǎn)移系數(shù)大多集中在0.50～2.50。而137Cs從土壤不同科植物轉(zhuǎn)移系數(shù)的順序是藜科＞錦葵科＞唇形花科＞莧科、胡麻科＞茄科＞豆科＞菊科＞旋花科＞禾本科、大戟科，轉(zhuǎn)移系數(shù)的算術(shù)平均值依次是0.90、0.25、0.23、0.21、0.21、0.15、0.14、0.12、0.10、0.07、0.07。137Cs從土壤不同科植物轉(zhuǎn)移系數(shù)大多集中在0.20以下。

4.3 鈾

已有多項(xiàng)研究表明一些植物對(duì)鈾具有富集能力[32-33]，且植物的地下部分富集有能力大于地上部分。這些植物包括向日葵、印度芥菜、碎米沙草、滿(mǎn)江紅、滿(mǎn)江紅魚(yú)腥藻和香蒲草、碎米沙草和白鶴芋、合果芋和水莎草、大薸和水葫蘆鳳眼蓮、牧草、小飛蓬、鼠曲草、青蒿沉水植物菹草、挺水植物空心蓮子草、燕麥、菠菜、特選榨菜、高粱、菜豆、四季豆等。植物中葉比表面積大的植物對(duì)鈾的富集作用相對(duì)較強(qiáng)。這樣的植物包括芒草、鴨跖草、鳳尾蕨、野棉花等，它們鈾的含量超出樣品土壤中鈾含量(120 μg/g)，其中芒草和鴨跖草鈾含量均在130 μg/g 以上；野棉花根鈾的含量亦超出樣品土壤中鈾含量[34]，富集系數(shù)大于1。富集系數(shù)超過(guò)1即為超富集植物，可作為植物修復(fù)污染土壤的備選植物。本課題組前期對(duì)北方某鈾礦區(qū)內(nèi)不同工位所采植物樣品中鈾含量的檢測(cè)顯示，鈾主要富集于植物根部，植物各部位鈾含量由大到小的順序?yàn)楦救~＞莖＞花果[35]。莎草科的碎米莎草的地上部分對(duì)鈾的富集系數(shù)高達(dá)6.04，莎草科植物對(duì)鈾的吸收富集性能明顯優(yōu)于其他科植物，碎米莎草對(duì)鈾則表現(xiàn)出超耐受性和超富集性[36]。

5 小 結(jié)

本文從植物群落、個(gè)體效應(yīng)、植物抗性、放射性核素根吸收、富集和遷移能力等方面，回顧了放射性核素鍶、銫、鈾脅迫植物的生物效應(yīng)。了解和掌握放射性核素對(duì)植物生物效應(yīng)的特點(diǎn)與規(guī)律，目的是可以評(píng)價(jià)個(gè)體和相關(guān)種群的后果，進(jìn)一步對(duì)相關(guān)情況做出管理決定，如植物修復(fù)、預(yù)測(cè)、預(yù)警等相關(guān)措施。其意義在于：一方面篩選出吸附、富集放射性核素能力較強(qiáng)的植物即超富集植物，可推薦作為植物修復(fù)污染土壤的備選植物；另一方面，可根據(jù)植物的某項(xiàng)生理、生化指標(biāo)改變作為放射性污染的指示標(biāo)志物，為某典型區(qū)域放射性核素鍶、銫、鈾等水平改變而進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)警、提供技術(shù)支持；此外還可根據(jù)可食性植物對(duì)放射性核素富集特點(diǎn)和規(guī)律，對(duì)核事故情況下可食植物的安全性進(jìn)行評(píng)估。