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气载流出物中C-14和I-129在典型植物体中的分布、转化和迁移行为研究

批准号:
U2067215
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
280.0 万元
负责人:
毛亮
依托单位:
学科分类:
放射化学与辐射化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
毛亮

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
气载流出物中含有的C-14和I-129是核设施放射性安全评估中重要的两个核素,而开展C-14和I-129在植物体内的动态转移等相关行为研究,对全面评价其环境风险十分关键,契合我国始终坚持的安全第一的核安全战略。本项目拟选择水稻、青菜等作为研究对象,借助元素成像等现代分析仪器,首先研究不同形态C-14和I-129在植物各部位的平衡过程和界面传输过程,揭示其在作物体内的分布、累积、转化及动态迁移规律。其次改变C-14和I-129的吸收途径、环境因素等,系统研究条件变化对其在植物体内分布、转化和动态迁移的影响及机制,发展和构建适用于我国核素排放特征的动态迁移模型。同时还将研究C-14和I-129对植物的毒性效应及毒性效应对核素动态迁移规律的影响,进一步对所构建的动态迁移模型进行修正,最终形成能更好描述、预测气载流出物中C-14和I-129生态风险的模型,为评价其环境风险提供关键科学基础。
英文摘要
The emerging release of nuclides into atmosphere leads to the their widely distribution in environment, followed by threatening the ecosystem and even human health. As producer in ecosystem, plant serves as the main mediator for the entrance of nuclides into food web and possesses essential role in the global cycle of nuclides. C-14 and I-129, which includes in airborne radioactive effluence, are two of the most important nuclides in safety assessment of nuclear facilities. Thus, the study on the dynamics of bioaccumulation and transfer of airborne nuclides in plant, as well as the establishing of well describable mathematical models for the dynamics, is critical in prediction on the safe threshold for the effluence of nuclear facilities and its environment risk assessment. In this project, the bioaccumulation distribution, transformation and transfer dynamics of typical nuclides C-14 and I-129 in airborne effluence to plant are systematically investigated. Typical crops, including rice, cabbage and potato, are chosen to be exposed in C-14 and I-129. The equilibrium and Interface transfer of them in each tissues of plants are analyzed using radioactive quantification and modern analysis techniques such as elemental imaging, which indicate the uptake pathway, transfer dynamics, distribution process and retention of various types of C-14 and I-129 in plant tissues. The key factors that may influence the transfer dynamics of C-14 and I-129 to plant and their effect mechanisms are clarified by controlling the experiment parameters such as transfer pathways, environment condition and plant characteristics. Based on the certain key effective factors and their relative contribution, mathematical models are constructed and developed for the suitable illustration on the typical transfer dynamics of nuclides in our country. The toxic effects of C-14 and I-129 to plant tissues and corresponding mechanisms are further explored to clarify the inner connection between the internal exposure dose and effects. The toxic effects are served as assessment objects to construct new model suitable to predict the plant exposure risk of C-14 and I-129. The toxic effects are served as reference objects to modify and reweigh the parameters in constructed models to develop a model that is suitable to illustrate and predict their environment risks to the whole food chain. These results and obtained developed models will provide scientific information for the prediction of transfer dynamics to plant and accurate environmental risk assessment of the nuclides in airborne effluence.
首先选择绿藻、水稻、青菜和番茄等典型作物作为研究对象,系统考察了C-14和I-129两种核素分别通过气、水两相进入植物的途径、分布及动态迁移过程;发现进入水体的C-14能通过光合作用被绿藻等初级生产者利用并积累在体内,还通过食物链传递至更高营养级生物体;而气态C-14则能被番茄和水稻等通过叶片上的光合作用大量吸收、固定并传递到果实和根部;通过单次突发性暴露或脉冲式持续暴露方式模拟作物暴露过程,揭示了作物将14CO2转化为有机态C-14并均匀地融合到生物质成分中长期贮存的动力学过程,阐明了核素形态和植物蓄积间的关系。通过产物鉴定和途径分析,光合产生的C-14物质参与到包括氨基酸代谢、一碳代谢和核苷酸代谢在内的多种关键代谢途径中,引起代谢紊乱;为进一步研究C-14的毒性效应机制,采用密度泛函理论(DFT)计算因C-14的取代导致的氨基酸分子振动频率和反应速率的变化,阐明了生物代谢过程中C-14引起的动力学同位素效应。此外,本项目还利用全球三维化学传输模式GEOS-Chem模拟了全球范围内C-14的排放水平和区域C-14暴露浓度水平,并进一步在现有C-14植物迁移模型的基础上发展了由三个隔室构成的动态多室模型,实现了对C-14在植物中的迁移和积累过程的模拟和预测。同时,对I-129通过液相或气相途径进入植物体内并在各组织间的传输和积累的动力学过程进行了系统研究。在液相暴露中,碘通过植物根部进入并向地上部分迁移,相比于IO3-,I-始终是植株中碘的主要存在形式,其积累也更加显著;而在气相暴露中,以I2蒸汽存在的碘则通过叶片表面气孔进入叶片内,经由叶片的细胞壁和细胞膜扩散,并与植物体内较为活跃的自由水结合,形成碘化物,而光强、湿度和温度等环境条件都会显著影响I2蒸汽的植物吸收;利用代谢组学技术,对放射性碘胁迫下作物的代谢组学差异进行了系统研究,发现放射性碘对植株氨基酸合成、代谢、运输等代谢过程的影响比稳定碘暴露更加显著,从而直接影响黄瓜的生长发育与形态建成、物质与能量代谢、逆境生理等多方面的生命活动。基于以上结果,本项目以SOLVEGII模型为基础,融合了气相、液相和土壤暴露等多种途径对植物中无机态I-129的积累进行了模型模拟,定量分析了每条转移途径在实际气象条件下对I-129动态的贡献。本项目获取的核素在植物种累积的关键参数为评价其环境风险提供了关键科学基础。
专题研讨类:污染物示踪与致毒机制
  • 批准号:
    22242015
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    10万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    毛亮
  • 依托单位:
气载流出物中C-14和I-129在典型植物体中的分布、转化和迁移行为研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    280万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    毛亮
  • 依托单位:
氚在典型生物体中的分布、迁移、转化及致毒机制研究
  • 批准号:
    22076078
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    毛亮
  • 依托单位:
小尺寸石墨烯长期暴露后在小鼠体内的分布、迁移、转化和致毒机制研究
  • 批准号:
    21677074
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    毛亮
  • 依托单位:
国内基金
海外基金