?稀土元素有“工業維生素”之美譽，是人工智能、新能源、國防等重點領域不可或缺的核心戰略資源。然而，傳統的開采工藝不僅造成嚴重的環境破壞等問題，還受到資源稀缺等因素制約，使稀土成為全球供應鏈中風險最高的戰略性資源之一。在此背景下，實現稀土資源的綠色可持續開發已成為當前國際學術界和產業界共同關注的重要研究方向。

?植物采礦技術（Phytomining）作為一種新興的綠色稀土獲取方式，通過種植超積累植物，將土壤中的稀土富集到植物地上部，不僅有望回收稀土，還能共同實現尾礦生態修復，被視為一種更清潔可持續的開采途徑。

??為探索超積累植物對稀土元素的富集機制，中國科學院廣州地球化學研究所博士生何柳青在導師朱建喜研究員的指導下，與美國弗吉尼亞理工大學榮譽教授Michael Hochella合作，共同開展了相應的研究工作。經過前期調查與分析，團隊將研究目光聚焦于一種名為“烏毛蕨”（Blechnum orientale）的蕨類植物上。烏毛蕨不僅為華南地區風化殼型稀土礦區的優勢植物，還是稀土元素的超積累植物。它能夠將稀土超積累到葉片中，并繼承稀土礦土壤中富輕稀土的特征。

圖1 稀土超積累植物分布與篩選（研究團隊供圖）.

?團隊通過微區X射線熒光光譜和掃描電鏡分析，成功定位了烏毛蕨體內稀土富集的位置——葉脈維管束、柵欄組織及表皮層。利用高分辨透射電子顯微鏡和電子能量損失譜，結合電子顯微三維重構技術，團隊進一步揭示了其植物體內稀土的微觀賦存形態：稀土主要以磷酸鹽礦物形式沉積并礦化在細胞外區域，形成納米級的多晶鑭獨居石（monazite-(La)）顆粒聚集體，其晶體形態是類似小灌木的枝晶，反映了一種非平衡態環境下的結晶產物。這一發現表明，烏毛蕨不僅具有從表土中超強富集稀土的能力，還能誘導稀土在植物體特定部位內礦化為化學性質更穩定的磷酸鹽稀土礦物。這一過程實際上是植物的自我保護機制，類似于將潛在毒性的稀土離子“封裝”在礦物結構中，從而實現鈍化與解毒。

?盡管人們已知微生物和動物能在生物體內“造礦”，例如趨磁細菌合成的納米磁鐵礦，貝殼及珊瑚沉積形成的方解石和文石，動物牙齒和骨骼中礦化的磷灰石等。但植物界的“礦物制造能力”在此前一直被低估。已知的植物礦物僅有少數幾種，如方解石和草酸鈣石等鈣質晶體以及植硅體。本研究首次在烏毛蕨中發現稀土納米礦物結晶礦化現象，不僅刷新了我們對植物礦物形成的認知，還為植物對重金屬積累過程中的富集和解毒機制研究提供了新的方向，也為近千種已知超富集植物的研究開辟了新方向。

?工業上常見的獨居石通常在巖漿或熱液過程中形成，且常伴生放射性鈾、釷等元素，具有開采處理的復雜性。而烏毛蕨在常溫常壓下形成的“生物獨居石”純凈且無放射性，展現出良好的綠色提取潛力。因此，本研究不僅為理解超積累植物的生物礦化機制提供新窗口，也為未來稀土的可持續開發提供了新思路：即通過種植烏毛蕨等超積累植物，能夠在修復稀土尾礦區生態環境的同時，從植物中回收高價值稀土，實現“邊修復、邊回收”的綠色循環開采模式。

圖2 稀土元素在烏毛蕨組織內經生物礦化作用形成鑭獨居石（monazite-(La)）納米多晶聚集體；電子三維重構技術顯示了粒徑為幾百納米的枝狀晶顆粒形貌

圖3 稀土納米顆粒的生物礦化特征；（A）稀土納米顆粒HAADF-STEM圖；（B-D）納米顆粒內部高分辨圖；（E）稀土納米顆粒的選區電子衍射表征，Mnz-(La)為monazite-(La)；（F-H）獨居石納米晶體定向附著高分辨圖；（I-J）獨居石納米晶體FFT圖

??該研究得到了國家自然科學基金，中國科學院戰略重點研究計劃等項目的聯合資助。相關成果在國際學術期刊《Environmental Science & Technology》并以補充封面文章形式發表。

圖4 期刊補充封面

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論文信息： Liuqing He (何柳青),Haiyang Xian (鮮海洋),Yiping Yang (楊宜坪),Jielong Cao (曹杰龍),Hongmei Yang (楊紅梅),Jieyang Xie (謝捷洋),Jiaxin Xi (席佳鑫),Yixuan Yang (楊奕煊),Shan Li (李珊),Runliang Zhu (朱潤良),Xiaoliang Liang (梁曉亮),Hongping He (何宏平),Michael F. Hochella Jr.*,Jianxi Zhu* (朱建喜). Discovery and Implications of a Nanoscale Rare Earth Mineral in a Hyperaccumulator Plant. Environmental Science & Technology,2025.?DOI: 10.1021/acs.est.5c09617.

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.5c09617

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