植物“采礦工”， 你值得擁有

顏李

古詩有云：春種一粒粟，秋收萬顆子。春天播種糧食作物，秋天收獲種子和果實，這是我們司空見慣的景象。但你有沒有見過會“結(jié)”出金子、鎳塊或鋰粒的植物呢？有一些科學家在種著這樣的植物。

會“吸金”的植物

我們知道，人和動物的生長發(fā)育需要攝入一些金屬元素，但是這些元素一旦過量就會對我們造成毒害。其實大多數(shù)植物也是如此，一些被重金屬污染過的土地常常是寸草不生的。但是，人們發(fā)現(xiàn)，有些植物有著“吸金”的特殊本領，它們不怕重金屬。

會“吸金”的植物不在少數(shù)，我國古代的農(nóng)學家就有一些發(fā)現(xiàn)：“山上有蔥，其下有銀;山上有薤，其下有金;山上有姜，下有銅錫?！边@些發(fā)現(xiàn)說明植物們對金屬元素的喜好并不相同。從1948年開始，世界各地的生態(tài)學家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，某些植物可以從土壤中吸收并集聚鎳、鋅、鎘等金屬元素，其體內(nèi)金屬含量是其他植物的幾十上百倍，且它們?nèi)匀荒苷Ｉ?。后來，美國的生態(tài)學家布魯斯和貝克將這些植物起名為“超富集植物”。它們?yōu)楹尾慌轮亟饘倌兀?/p>

研究發(fā)現(xiàn)，不同的植物有不同的解毒策略。天藍遏藍菜是一種喜歡金屬鋅的植物，它的根部細胞具有許多的鋅離子轉(zhuǎn)運蛋白。在缺鋅的土壤中，這些轉(zhuǎn)運蛋白會大量表達，而在富鋅的土壤中，轉(zhuǎn)運蛋白的功能會受到抑制。在庭薺等喜歡鎳元素的植物體內(nèi)，谷胱甘肽是必不可少的，它能與鎳元素結(jié)合成穩(wěn)定的化合物，從而減少鎳元素對植物體的傷害。而能大量吸收砷的蜈蚣草則會將砷元素封鎖在細胞液中，阻擋它進入到細胞器中，這樣毒性就被“稀釋”了。

因為具有了不怕重金屬的本領，在富含重金屬的地方，由于缺少競爭，超富集植物能活得更好，因此尋找相應的植物也成為挖礦人的一個妙招。比如，紅色石竹花是找金礦的好幫手，鈾元素會使紫云英的花朵變?yōu)闇\紅色，在生長有大量針茅草或者錦葵的地方很可能會有鎳礦等。

看植物如何采礦

除了給礦區(qū)“定位”外，其實超富集植物“采礦”也是一把好手。許多科學家現(xiàn)在就在從事這個環(huán)保采礦業(yè)。

植物采礦，顧名思義，就是在礦區(qū)中種下某種超富集植物，讓它從土壤中吸取礦物質(zhì)，我們再把植物體內(nèi)的礦物質(zhì)提煉成礦物。

植物“采礦工”更加高效。在一些礦物元素含量低或者已經(jīng)被初步開采過的礦區(qū)，比如礦山的廢石堆、開采時被丟棄的土塊等，因為金屬含量太低，傳統(tǒng)的采礦手段沒法繼續(xù)富集和開采，就可以用上植物“采礦工”。

植物“采礦工”也更加節(jié)能環(huán)保。在傳統(tǒng)的礦山中，常常需要通過“刮地皮”的方式來挖出地下的礦物，在提取礦物的過程中，又需要大量的水、電力或化石能源來濃縮、提純礦物，而植物“采礦工”能很好地解決這些問題。

美國農(nóng)業(yè)部的農(nóng)學家魯弗斯·查尼首次嘗試種植庭薺來開采鎳礦。他帶領的實驗小組發(fā)現(xiàn)，在一公頃含鎳量約0.2%的土地上種植庭薺，一年可以獲得100千克的鎳，而這些鎳不過是土壤中所有鎳的1/400。這樣一算，這門生意可謂是一本萬利，在這片土地上，植物“采礦工”可以工作400年。

等這些植物吸飽了土壤里的鎳，我們怎么把鎳提取出來呢？最常用的方法是火烤，將植物晾干后，把它們燒成灰燼，灰燼中就富集了10%到20%的高純度鎳。將這些灰燼繼續(xù)送到冶煉廠加工或提煉，就可以制成鎳塊、鎳催化劑或其他化工產(chǎn)品。

愛爾蘭卡洛技術研究所的植物學家克里斯·安德森則通過種白菜來提取鋰。白菜是實驗小組從34種植物中篩選出來的最擅長吸收鋰元素的植物，即使有其他植物存在時，白菜仍然能吸附最多鋰元素。當研究人員在土壤中添加某些化學物質(zhì)時，鋰元素會被從土壤化合物中釋放出來，變成更易吸收的鋰離子，大大提高了白菜的吸收率。安德森從白菜中提取的鋰最終將被用于制成鋰電池。

自然界中的“吸金”植物還有很多。海洋中的海帶會吸收海水中的碘，我們可以從海帶燃燒后的灰燼中提煉出大量的碘;我們常吃的玉米，能夠富集土壤中的金元素，在金礦附近種植玉米，真的可以“點石成金”;有一種名叫紫甘信的牧草，它具有吸收鉭的特殊本領。鉭是一種抗腐蝕性和導電性都很好的金屬，但它常與另一種金屬元素鈮共生，分離很困難，用紫甘信來“開采”鉭，將很好地解決這個難題;向日葵吸收的鉀、黃藤草吸收的錫、煙草吸收的鋰等，它們體內(nèi)的金屬含量都達到了工業(yè)可提取的級別。

不僅有許多植物在被用作“采礦工”，超富集植物也是重金屬污染地區(qū)的“清潔工”。在種植幾輪超富集植物后，原先被污染的土地會得到凈化。四川大學的環(huán)境學家侯伶龍等人通過種植魚腥草來吸附土壤中的有毒重金屬——鎘。魚腥草是一種根系發(fā)達、生長快且分布地域廣的植物，它可以很好地修復土壤中的鎘污染。

如何判斷一種植物是否勝任“采礦”和“清潔”工作呢？不需要查閱文獻，只要用特定的試紙測試植物汁液中是否含有金屬，或用手持X射線熒光儀在野外實地測量植物中金屬的濃度。當確認植物體內(nèi)金屬含量達到可用于吸附的標準后，再找出它富集的金屬種類就可以確定它的用處了。

你看，種下植物，還真能“長出”金子。

（劉誼人摘自《科學之謎》2020年第10期）