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Phosphorus Stress-Induced Changes in Plant Root Exudation Could Potentially Facilitate Uranium Mobilization from Stable Mineral Forms

渗出液 化学 生物利用度 溶解 磷酸盐 营养物 环境化学 水培 植物 生物化学 生物 有机化学 生物信息学
作者
Nimisha Edayilam,D. Montgomery,Brennan O. Ferguson,Amith S. Maroli,Nicole Martínez,Brian A. Powell,Nishanth Tharayil
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:52 (14): 7652-7662 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acs.est.7b05836
摘要

Apparent deficiency of soil mineral nutrients often triggers specific physio-morphological changes in plants, and some of these changes could also inadvertently increase the ability of plants to mobilize radionuclides from stable mineral forms. This work, through a series of sand-culture, hydroponics, and batch-equilibration experiments, investigated the differential ability of root exudates of Andropogon virginicus grown under conditions with variable phosphorus (P) availability (KH2PO4, FePO4, Ca3(PO4)2, and no P) to solubilize uranium (U) from the uranyl phosphate mineral Chernikovite. The mineral form of P, and hence the bioavailability of P, affected the overall composition of the root exudates. The lower bioavailable forms of P (FePO4 and Ca3(PO4)2), but not the complete absence of P, resulted in a higher abundance of root metabolites with chelating capacity at 72 hrs after treatment application. In treatments with lower P-bioavailability, the physiological amino acid concentration inside of the roots increased, whereas the concentration of organic acids in the roots decreased due to the active exudation. In batch dissolution experiments, the organic acids, but not amino acids, increase the dissolution U from Chernikovite. The root exudate matrix of plants exposed to low available forms of P induced a >60% increase in U dissolution from Chernikovite due to 5–16 times greater abundance of organic acids in these treatments. However, this was ca. 70% of the theoretical dissolution achievable by this exudate matrix. These results highlight the potential of using active management of soil P as an effective tool to alter the plant-mediated mobilization of U in contaminated soil.
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