荧光假单胞菌生物膜启动“终极封印术”，评估铀形态转化环境条件

背景与意义

铀矿开采和核能生产带来的放射性污染，一直是环境安全的重大挑战。当含铀废水渗入地下水，这些放射性元素可能随水流迁移，威胁生态系统和人类健康。传统治理方法成本高昂，而科学家发现了一类神奇的“环境清道夫”——细菌。它们能通过吸附、矿化等作用固定铀离子，其中荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）因广泛存在于铀污染场地而备受关注。

以往研究聚焦于浮游细菌的吸附能力，但自然界中细菌多以生物膜形式存在——像一层粘稠的“微生物地毯”覆盖在岩石或管道表面。生物膜由细菌分泌的胞外聚合物（EPS）构成，内部布满水通道，不仅能抵御重金属毒害，还能通过复杂代谢改变污染物形态。本研究首次揭示：荧光假单胞菌生物膜会启动“终极封印术”：当遭遇铀污染时，它们释放细胞内的磷酸盐，将可溶的铀离子转化为稳定的矿物晶体，从根本上阻断铀的迁移！

论文亮点解读

生物膜 vs 浮游细胞：截然不同的铀固定策略

浮游细胞仅通过表面吸附固定铀（磷酸基/羧基结合），可被环境条件逆转。

生物膜则通过生物矿化永久固定铀：细胞受铀刺激后释放多聚磷酸盐，与铀结合形成类似变钙铀云母（Ca[UO₂]₂[PO₄]₂·10-12H₂O）的稳定矿物。

（注：此矿物在自然界可稳定存在数百年）

磷酸盐的“双刃剑”作用

实验初始阶段培养液中磷酸盐极低（12.7 mg/L），但接触铀42小时后，生物膜主动释放磷酸盐至培养液（99.8 mg/L）。

释放的磷酸盐一部分用于形成铀矿物，另一部分进入环境，可能影响周边铀的形态分布。

铀的两种命运：固定 vs 迁移

在生物膜内：X射线光谱（EXAFS）证实矿物结构形成（下图左）。

在周围水体中：激光荧光光谱（TRLFS）检测到可溶性铀碳酸盐络合物（Ca₂UO₂(CO₃)₃和UO₂(CO₃)₃⁴⁻），这些可随水流迁移（下图）。

实验方法及操作流程

实验目标：监测生物膜反应过程中水体的pH与氧化还原电位（Eh）变化，评估铀形态转化环境条件。

操作步骤：

电极校准

pH电极使用pH 4.0/6.86/9.18缓冲液校准。

铂电极测量Eh后，根据参比电极（Ag/AgCl）电位进行校正。

实时监测

将pH电极与铂电极插入含生物膜的培养液（下图示意位置）。

连续记录铀添加前、添加瞬间、反应42小时后的pH与Eh值。

关键发现

铀污染前后，培养液保持弱碱性（pH 8.5±0.1）和氧化环境（Eh +388±30 mV）。

此条件促进铀碳酸盐络合物形成，与光谱结果一致。

注：原文未提供Unisense电极实物图，但上述流程基于其技术手册描述。实验数据证实该设备对环境参数的可靠监测。

总结与应用前景

荧光假单胞菌生物膜展现了一种全新的铀污染修复机制：

核心价值：通过释放磷酸盐将可迁移的铀离子转化为稳定矿物（变钙铀云母），比浮游细胞的表面吸附更持久。

环境意义：生物膜在铀污染场地的广泛存在，为天然屏障设计提供思路——例如在废水池或地下水渗流区培育此类生物膜。

挑战与方向：需进一步探究磷酸盐释放的触发机制，以及矿物长期稳定性。未来可优化菌种筛选与生物膜培养技术，推动其在铀矿区实地应用。

结论：看似简单的微生物，却掌握着“封印”放射性污染的秘密武器。理解它们，或许是人类解锁清洁环境的关键钥匙。

术语解释：

生物膜：细菌附着表面形成的胶状群落，含大量胞外聚合物。

变钙铀云母：一种含铀磷酸盐矿物，难溶于水。

EXAFS/TRLFS：分析铀化学形态的光谱技术。