【专家视角】西湖大学Nature Communications｜PFAS超富集植物的鉴定及其转...

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（来源：生态修复网）

首次在氟化学设施附近土壤中鉴定出一种PFAS（全氟和多氟烷基物质）超富集植物——草本植物Oenothera rosea（月见草），其对18种不同PFAS的根-茎转运因子（TF）达3.07–58.6。通过与非污染区同种植物的对比水培与盆栽实验，证实该超富集能力源于长期PFAS暴露下的适应性驯化。研究进一步揭示根细胞壁中的果胶与半纤维素为PFAS关键结合位点，且超富集种群在PFAS胁迫下细胞壁重塑程度极低，体现了适应性进化特征。生命周期评估结果表明，将O. rosea植物修复与收获生物质热解相结合，可实现PFAS高效降解与生物炭生产，并达成净负碳足迹（约–17.9 kg CO₂/吨土壤），为PFAS污染土壤的可持续治理提供了系统解决方案。

1 科学问题

PFAS具有高持久性与毒性，其在土壤中的累积对生态系统与公共健康构成长期威胁，然而现有修复技术如微生物降解、物理化学方法等存在效率低、成本高、破坏土壤功能等局限。

植物修复虽具环境友好性，但长期以来缺乏符合超富集标准（叶浓度因子LCF > 10、转运因子TF > 3）的PFAS超富集植物。

PFAS在植物体内的吸收与转运机制尚不明确，尤其是根细胞壁组分在PFAS结合与转运中的作用未被系统解析。

植物修复过程中产生的富PFAS生物质若处理不当易造成二次污染，其可持续处置路径与环境效益亟待评估。

2 研究方案

采样与筛选：在氟化学设施下游2公里范围内系统采集八种木本与草本植物及其根际土壤（0–15 cm），量化82种PFAS含量，计算根、茎、叶浓度因子（RCF、SCF、LCF）与转运因子（TF）。

水培与盆栽验证：以污染区超富集O. rosea（HOR）与非污染区同种植物（NOR）为对象，在200 ng/mL PFOA营养液中培养7天，比较其富集与转运差异。

亚细胞与组分分析：通过分级提取与傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）等技术，明确根与叶中PFAS的细胞壁结合位点及其主要多糖成分。

转录组分析：对PFOA处理后的HOR与NOR根组织进行RNA-seq，识别差异表达基因（DEGs）及其富集的代谢通路。

生命周期评估：以1公顷土壤中PFOA初始浓度10 ng/g、去除率80%为功能单位，对比植物修复+热解（PP）、土壤洗涤（SW）与磁性活性炭+水热碱处理（MAC+HALT）三种技术的环境影响。

3 结论

O. rosea为首个经系统鉴定的PFAS超富集植物，其对∑82PFAS的叶浓度因子（LCF）达40.5，茎浓度因子（SCF）为6.27，转运因子（TF）为9.20，且对18种PFAS的TF值均大于3。

根细胞壁为PFAS主要结合部位（占比 >50%），其中果胶与半纤维素贡献超过75%的结合量。PFAS通过羧基与多糖羟基形成氢键（键长1.77–1.85 Å），结合自由能（ΔG）为1.52–5.88 kcal/mol。

与非超富集种群相比，HOR在PFOA胁迫下未激活细胞壁合成相关基因（如GAUT、XYLA等），说明其通过进化获得了“低响应—高转运”的适应表型。

植物修复年效率（ARE）为5.40–66.6%，对应80% PFAS去除所需时间为2–29年。在PFOA浓度为50–2000 ng/g范围内，O. rosea仍保持TF > 2.63，但在高浓度下生物量与富集因子下降。

热解温度≥500 °C可去除99.2% PFAS，生物炭符合燃料质量标准。LCA显示PP方案的全球变暖潜势（GWP）与化石资源稀缺性（FFP）均为负值（–4.64 kg CO₂/m²、–0.24 kg oil/m²），显著优于SW与MAC+HALT。

不足与展望

O. rosea对某些PFAS（如PFOS、HFPO-TeA）的富集能力仍较低（ARE <10%），修复周期长达24–29年，反映其进化压力主要来自当地主导污染物。

高浓度PFAS（>500 ng/g）会抑制植物生长与富集效率，限制其在重度污染场地的直接应用。

未来应重点开展以下研究：

在历史性PFAS污染区系统筛选更具广谱性与高效性的超富集植物；

开发微生物辅助与基因工程手段，提升植物对PFAS的吸收与转运能力；

构建低成本、高值化的收获生物质资源化路径，推动植物修复技术的闭环整合与规模化应用。

文章来源：生态环境科学

(生态修复网)