铀矿冶的可持续发展必须安全有效地处置放射性三废,使其达标排放或最大限度与生物圈隔离。在水系发达的我国南方铀尾矿库区,核素可随地表水或地下水进行迁移,对生态环境构成严重潜在威胁。植物修复技术因其成本低、对环境扰动小,在土壤及水体重金属污染治理中受到广泛重视。在充分调研与分析基础上,选择对铀有耐性的生长旺盛、生物量大的狭叶香蒲、万年青、菖蒲等植物,采用水培试验,系统探讨了铀及其镉铀复合胁迫对植物抗氧化系统的影响、植物对铀的积累与耐性机制,及螯合剂柠檬酸、EDTA对植物吸收积累铀、抗氧化系统功能的调控作用。主要研究结果如下:(1)万年青、香蒲、菖蒲对铀的生物富集量随着铀胁迫浓度的变大而升高,当铀浓度为20mg/L时,其茎叶及根对铀的生物富集量均达到极大值,其根富集量分别为887±3.03mg/kg、1234±3.95mg/kg、2802.6±3.92mg/kg。万年青茎叶富集铀含量最大,为239.45±1.39mg/kg。随铀质量浓度升高,根部铀富集系数逐渐降低,转移系数逐渐下降。铀浓度大于1mg/L时,与香蒲、菖蒲相比,万年青的转移系数最高,向茎叶转移铀的能力更强。通过水培试验研究了镉铀胁迫下万年青的吸收和积累特征。单一镉胁迫试验结果表明,万年青根部富集系数大于茎叶部,40mg/L镉胁迫下万年青根部富集镉达到极大值482.75±2.86 mg/kg。铀镉复合胁迫下,万年青显示出对铀的强耐性与富集能力,当镉、铀质量浓度均为20 mg/L时,万年青对铀的富集量最大,根部富集量达到(898.48±2.53)mg/kg,地上部(茎叶部)富集量达到(277.27±2.52)mg/kg。透射电镜图谱分析发现,40mg/L的镉胁迫对万年青细胞叶绿体、线粒体造成伤害。1mg/L铀胁迫下万年青叶片检测出了铀元素存在,叶片伤害不明显。10mg/L铀浓度处理下,万年青叶片叶绿体、细胞核、线粒体膜质系统受到放射性损伤,叶片未见明显失绿,X射线能谱分析表明铀元素主要分布在细胞壁和液泡。(2)低铀浓度(0.1mg/L)香蒲、万年青的光合色素、可溶性蛋白质含量均达到极大值;5mg/L铀胁迫时,菖蒲光合色素、可溶性蛋白质含量达到极大值。随铀浓度升高,香蒲、菖蒲、万年青根及茎叶丙二醛(MDA)、还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量呈上升趋势,但其过氧化物酶(POD)活性、叶部谷胱甘肽还原酶(GR)活性均呈先升后降趋势;香蒲、菖蒲根及茎叶SOD、CAT活性呈先升后降趋势;万年青的SOD、CAT活性在高浓度铀胁迫下变化不明显。铀胁迫促使香蒲、菖蒲、万年青提高胞内抗氧化酶活性和抗坏血酸-谷胱甘肽循环来抵抗氧化胁迫。单一镉胁迫下(0～40mg/L),随镉浓度升高,万年青光合色素、可溶性蛋白质含量、POD活性、GR活性均呈先升后降趋势;万年青MDA含量、SOD、CAT值呈现缓慢增加趋势。镉铀胁迫下万年青水培试验结果表明:在相同质量浓度镉胁迫下,随铀浓度升高,万年青MDA含量呈明显上升趋势,光合色素、可溶性蛋白质含量、POD和GR活性呈先升后降趋势,SOD和CAT活性呈缓慢升高趋势。铀(20mg/L)、镉(40mg/L)胁迫下,万年青叶子有稍许失绿,说明万年青抗氧化系统和渗透调节能够减轻高浓度铀镉给植物细胞带来的伤害。(3)随柠檬酸浓度(0～20mmol/L)及 EDTA 浓度(0～20mmol/L)增加,万年青光合色素,可溶性蛋白含量以及POD、SOD、CAT、GR活性均呈先升后降趋势;MDA含量呈逐渐上升趋势。柠檬酸及EDTA浓度均在5mmol/L时施加促进万年青生长,而20mmmol/L的柠檬酸及EDTA对万年青生长有抑制作用。万年青对铀的富集量随着柠檬酸及EDTA浓度的增加呈先升后降趋势,生物富集系数及转移系数逐渐降低。铀富集主要集中在根部,随着铀浓度的增加,铀从根转移到茎叶的能力降低。当柠檬酸及EDTA浓度为5mmol/L时,万年青茎叶及根部富集铀均达峰值,柠檬酸对万年青富集铀的强化作用要好于EDTA。采用Visual MINTEQ软件模拟结果表明:pH=6.5时加入柠檬酸后,溶液中的铀的存在形式主要以UO2-Citrate为主(达99%以上),pH=6.5时加入EDTA后,溶液中的铀主要以(UO2)2OHEDTA-形式存在,且受EDTA浓度影响较大,这两种形态的铀通常较难固定在万年青根部,但可使铀从根部向茎叶部的转移率得到提升。