王琳隋春曉，王晉

（1. 中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266100；2. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266100）

含雙酚A廢水植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

王琳1隋春曉1，2王晉2

（1. 中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266100；2. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266100）

雙酚A作為一種重要的生產(chǎn)原料，近幾十年，在環(huán)境中的含量劇增。雙酚A是一種內(nèi)分泌干擾激素類物質(zhì)，環(huán)境激素類物質(zhì)能夠模擬、強(qiáng)化和抑制激素作用，在某些情況下，引發(fā)組織或者器官增生和腫瘤。植物修復(fù)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)，是生物修復(fù)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。在閱讀大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)修復(fù)雙酚A植物的篩選進(jìn)行了概括，從植物糖基化修飾效應(yīng)、根系分泌酶催化降解、植物根際與微生物聯(lián)合代謝作用三個(gè)方面闡述植物修復(fù)雙酚A的主要機(jī)理，對(duì)國(guó)內(nèi)外近年來(lái)植物修復(fù)技術(shù)在含雙酚A廢水修復(fù)中的應(yīng)用、研究成果進(jìn)行了綜述，并對(duì)今后的該領(lǐng)域的研究進(jìn)行了展望，旨在為雙酚A廢水的植物修復(fù)技術(shù)提供參考和借鑒。

雙酚A；植物修復(fù)；修復(fù)機(jī)理

雙酚A［BPA，2，2-二（4-羥基苯基）丙烷］，是一種內(nèi)分泌干擾化合物。近年來(lái)，由于雙酚A廣泛應(yīng)用于食品飲料包裝、抗氧化劑、橡膠制品、塑料、紙質(zhì)涂料、建筑材料、農(nóng)藥、丙烯酸酯及環(huán)氧樹脂類等的生產(chǎn)中，環(huán)境中雙酚A的含量劇增，從而引起人們的廣泛關(guān)注［1-5］。雙酚A會(huì)對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育、神經(jīng)和免疫系統(tǒng)以及生育能力產(chǎn)生毒害作用，同時(shí)能夠增加人類乳腺癌的發(fā)病率。研究表明，大鼠口服LD50（半致死量）為3 250 mg BPA/kg體重［6］，小鼠口服LD50為2 400 mg BPA/kg體重［7］，人類安全攝入量為每天50 μg BPA/kg體重［8］。

含雙酚A廢水的處理方法很多，多為物理化學(xué)方法，成本高、效果不理想，而植物修復(fù)技術(shù)，成本低、處理效果好，且具有很好的環(huán)境生態(tài)效益。

植物修復(fù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)和人工濕地中的應(yīng)用比較多，利用植物根莖葉對(duì)污染物的積累和富集作用，以及根際微環(huán)境區(qū)域，植物-微生物-土壤的相互作用達(dá)到去除污染物的目的。已有許多學(xué)者對(duì)植物修復(fù)廢水中雙酚A進(jìn)行嘗試和研究。本文主要對(duì)含雙酚A廢水植物修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為雙酚A廢水的植物修復(fù)技術(shù)研究提供參考。

1 含雙酚A廢水修復(fù)植物篩選

植物修復(fù)中篩選出對(duì)特定污染物具有較強(qiáng)耐受性和富集作用，且對(duì)污染物有較高去除效率的植物至關(guān)重要。目前，普遍認(rèn)為修復(fù)植物的篩選應(yīng)從以下兩個(gè)方面考慮：植物的適應(yīng)能力和生理特性；植物的耐污和去污能力。例如，根系發(fā)達(dá)、根系表面積大，能夠?yàn)槲⑸锾峁┹^多的生存空間，有助于根系向土壤和廢水中伸展，能夠分泌特異酶系催化降解特定污染物。除此之外，植物的生長(zhǎng)速率、根系活力、葉綠素?cái)?shù)量、保水能力等生理指標(biāo)也可作為植物篩選的條件。其中單子葉植物分枝頂生根很精細(xì)，覆蓋面積大，根際分泌多種特異性酶系，如過(guò)氧化物酶、酚氧化酶、抗壞血酸氧化酶等，所以單子葉植物要比雙子葉植物的耐污去污能力強(qiáng)，污染物的降解速率也大［9］。因此，單子葉植物在廢水和污染土壤的修復(fù)中，特別是特定污染物的修復(fù)應(yīng)用較廣泛。

Loffredo等［10］研究多種草本植物對(duì)BPA的去除效果，檢測(cè)各個(gè)植物根際微生物降解和根際酶活性發(fā)現(xiàn)，5種牧草的根際酶活性要稍高于幾個(gè)園藝草本植物，但根際微生物會(huì)對(duì)根際酶活性產(chǎn)生抑制作用；Ferrara等［11］研究了在不同BPA濃度下，4種作物對(duì)BPA的去除效率，培養(yǎng)6 d后，BPA對(duì)幼苗的發(fā)芽和生長(zhǎng)沒(méi)有產(chǎn)生抑制作用，只有番茄在高濃度BPA的培養(yǎng)下，根系長(zhǎng)度減小，在培養(yǎng)21 d后，幼苗的形態(tài)發(fā)生異常，其根和芽的長(zhǎng)度、鮮重和干重都明顯減少；Lu等［12］培養(yǎng)番茄和萵苣兩種作物，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)BPA在番茄果實(shí)中的含量分別為26.6±5.8 μg/kg（根際澆灌），18.3±3.5 μg/kg（葉面噴灑），而萵苣葉片中BPA含量分別為80.6±23.1 μg/kg（根際澆灌）和128.9±17.4 μg/kg（葉面噴灑），說(shuō)明萵苣對(duì)BPA的轉(zhuǎn)運(yùn)富集能力要大于番茄。Qiu等［13］，研究不同濃度BPA對(duì)大豆幼苗生長(zhǎng)、光合作用、葉綠素含量的影響，濃度為1.5 mg/L時(shí)，幼苗的高度、莖葉的鮮重、干重等生長(zhǎng)指數(shù)都明顯增大，濃度（7、12、17.2和50 mg/L）較高時(shí)，凈光合速率和葉綠素含量顯著下降。通過(guò)篩選出對(duì)雙酚A具有較高的耐受性和較強(qiáng)的富集能力植物，才能有效提高植物的修復(fù)效率。

2 植物修復(fù)機(jī)理

2.1 糖基化修飾效應(yīng)

糖基化修飾效應(yīng)普遍存在于植物體內(nèi)。通過(guò)糖基轉(zhuǎn)移酶催化反應(yīng)，將各種植物內(nèi)源、外源物質(zhì)作為受體分子，如：蛋白、核酸、寡糖、脂和小分子等，并與活化的糖連接，形成糖苷鍵。糖基化修飾的產(chǎn)物種類很多，有糖蛋白、糖脂以及多種小分子糖苷和糖酯類化合物。經(jīng)糖基化作用，能改變這些分子的生物活性、水溶性、穩(wěn)定性、在細(xì)胞內(nèi)和整體植株中的運(yùn)輸特性、亞細(xì)胞定位，以及與信號(hào)受體的相互識(shí)別和結(jié)合特性，還能降低或去除內(nèi)源和外源物質(zhì)的毒性［14，15］。因此，糖基化在植物體內(nèi)具有保護(hù)植物體以及減緩生物和非生物因素對(duì)植物體的影響的作用［16］。大量研究表明，植物可通過(guò)直接吸收廢水中的雙酚A，在植物體內(nèi)經(jīng)過(guò)糖基化修飾，將BPA轉(zhuǎn)化為低毒甚至無(wú)毒的中間產(chǎn)物，從而減少植物組織中濃度以及降低BPA的毒性［17-21］。

Hamada等［17］通過(guò)培養(yǎng)桉樹細(xì)胞觀察BPA的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程發(fā)現(xiàn)，3種新型BPA區(qū)域選擇性羥基化和糖基化產(chǎn)物；Nakajima等［18］研究發(fā)現(xiàn)，BPA在煙草植株中代謝為α-葡萄糖苷，由根部吸收轉(zhuǎn)移至葉片；Schmidt等［20］加入不同濃度的BPA培養(yǎng)大豆、小麥、毛地黃和刺蘋果4種植物的細(xì)胞，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，BPA的濃度顯著下降，培養(yǎng)基和細(xì)胞中檢測(cè)出了大量BPA的糖苷綴合物，這是BPA去除的主要途徑；Loffredo等［10］在研究多種草本植物對(duì)BPA的去除效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，BPA被糖基化，并轉(zhuǎn)化為極性化合物。

2.2 根系分泌酶的催化降解

通常情況下，植物對(duì)有機(jī)物的吸收強(qiáng)度要低于對(duì)無(wú)機(jī)物的吸收強(qiáng)度。植物對(duì)有機(jī)物的修復(fù)，主要是通過(guò)植物根系釋放酶的催化降解以及多種根系分泌物對(duì)有機(jī)物產(chǎn)生的絡(luò)合、降解等作用實(shí)現(xiàn)。這些酶系通過(guò)氧化和水解作用將有機(jī)物降解為低分子量的無(wú)機(jī)化合物，如CO2、H2O等，或者分解為無(wú)毒或低毒的中間產(chǎn)物。這些酶系包括脫鹵酶、硝酸還原酶、過(guò)氧化物酶、脫氫酶、過(guò)氧化氫酶、漆酶、腈水解酶等多種酶系。植物死亡后，這些酶系仍然可以留在土壤中繼續(xù)發(fā)揮作用，降解有機(jī)污染物［9，22］。植物在外環(huán)境改變的情況下，會(huì)釋放與污染物相對(duì)應(yīng)的酶，從而提高特定污染物的去除效果。有研究表明，BPA的植物修復(fù)過(guò)程中，植物根際酶的氧化與羥基化等作用是其主要的修復(fù)途徑，而植物本身對(duì)BPA的直接吸收量很少［23］。

在根際提取的粗酶溶液中加入10 mg/L的BPA溶液，在37℃下培養(yǎng)5 min，BPA的去除率為50%，培養(yǎng)30 min后，BPA的去除率高達(dá)99%，而不加粗酶液的對(duì)照組，BPA的濃度沒(méi)有變化［24］；Okuhata等［23］通過(guò)無(wú)菌培養(yǎng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，丹參植物修復(fù)BPA與根際微生物基本無(wú)關(guān)，催化降解溶液中的BPA可能是根際酶，而其具體機(jī)理有待進(jìn)一步的研究；Imai等［25］研究發(fā)現(xiàn)，高溫煮過(guò)的根部對(duì)BPA沒(méi)有去除效果，認(rèn)為馬齒莧根際酶可能是催化降解BPA的主要原因，同時(shí)馬齒莧對(duì)不含酚基的內(nèi)分泌干擾物鄰苯二甲酸酯的去除率很低，說(shuō)明馬齒莧能夠分泌一種高效降解含酚基內(nèi)分泌干擾物的酶。

2.3 植物根際與微生物聯(lián)合代謝作用

植物通過(guò)光合作用固定的碳以根系分泌物的形式釋放到土壤中，為土壤微生物提供糖類、氨基酸和維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，植物釋放到土壤中的分泌物的量占植物光合作用總量的10%-20%［26］，而土壤微生物可借助趨化感應(yīng)，游向富含根系分泌物的根際及根表面進(jìn)行定殖與繁殖。土壤微生物是土壤中活的有機(jī)體，是最活躍的土壤肥力因子之一，因此植物根際微環(huán)境區(qū)域是基質(zhì)中最活躍的區(qū)域，這一區(qū)域有植物根系-微生物-土壤的共同作用，是污染物的去除效率最高的區(qū)域［27，28］。在雙酚A脅迫下，植物根際會(huì)分泌相應(yīng)的酚類根系分泌物，刺激降解酚類物質(zhì)的細(xì)菌大量增殖，通過(guò)細(xì)菌的生物強(qiáng)化作用和植物修復(fù)的耦合過(guò)程，以及細(xì)菌的在植株根際表面的定制殖能力，加速雙酚A的分解［29］。

Saiyood等［29］發(fā)現(xiàn)龍血樹根際微生物對(duì)BPA也有一定的去除效果，且在實(shí)驗(yàn)中分離出6種對(duì)BPA有去除效果的菌株；Ho和Mathew等［30］從濕地中分離出來(lái)219種植物內(nèi)生菌，其中木糖氧化無(wú)色桿菌菌株F3B用來(lái)進(jìn)行植物修復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在茶酚和苯酚等酚類物質(zhì)脅迫下，木糖氧化無(wú)色桿菌菌株F3B能夠增加植物根系長(zhǎng)度和根系鮮重，從而提高污染物的去除率；Toyama等［31］發(fā)現(xiàn)蘆葦根際分離出的BPA降解菌株TYA-1能夠加速根際BPA的降解。

3 植物修復(fù)技術(shù)在含雙酚A廢水修復(fù)中的應(yīng)用

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開展了許多關(guān)于BPA的植物修復(fù)研究，并取得了一定的進(jìn)展。 Saiyood等［32］研究了紅樹植物木欖對(duì)BPA的去除效果發(fā)現(xiàn)，BPA對(duì)該植物的LD50（半致死量）大約為39.97 mg/L，處理51 d后，BPA去除率可以達(dá)到96%以上，且在溶液中測(cè)到了多糖和有機(jī)酸，這是木欖在BPA脅迫下產(chǎn)生的物質(zhì)；Okuhata等［33］研究發(fā)現(xiàn)，馬齒莧對(duì)BPA、TDP等酚類衍生物質(zhì)有很好的去除效果，而且在培養(yǎng)基中還檢測(cè)出BPA的羥基化產(chǎn)物；Reis等［34］研究了多種水生植物對(duì)BPA、2，4-DCP等多種內(nèi)分泌干擾物的去除效果，結(jié)果表明，70 d后，各種水生植物都能很好地穩(wěn)定去除BPA，主要由過(guò)氧化物酶進(jìn)行氧化分解；Dodgen等［35］評(píng)估了水培條件下生菜和羽衣兩種葉菜類蔬菜對(duì)BPA、DCL（雙氯芬酸鈉）、NPX（萘普生）和NP（4-壬基苯酚）四種內(nèi)分泌干擾物的吸收和富集作用，兩種植物對(duì)四種物質(zhì)的積累量由大到小為：BPA > NP > DCL > NPX，根部的積累量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于莖葉的積累量。在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，植物修復(fù)的野外應(yīng)用水平也有很大進(jìn)展。Yang等［36］在天然蘆葦床河口濕地進(jìn)行NP和BPA等酚類干擾物質(zhì)的去除效果研究，結(jié)果顯示，酚類干擾物能夠被濕地截留，并通過(guò)不同的途徑去除，前3 d，平均有27.5%的酚類物質(zhì)被截留，120 d后，各類物質(zhì)平均截留量達(dá)到91.6%。

以上國(guó)內(nèi)外的研究表明，植物修復(fù)含雙酚A廢水的實(shí)現(xiàn)一方面依賴于植物生命活動(dòng)的不同環(huán)節(jié)和整個(gè)植物體，還要依靠植物根際微環(huán)境的各種生物化學(xué)作用過(guò)程。通過(guò)篩選出合適的植物，能夠提升廢水中BPA的植物修復(fù)效率。因此，植物修復(fù)可以作為一種成本低廉、效率較高、可行的原位修復(fù)技術(shù)，修復(fù)含雙酚A的廢水。

4 展望

植物修復(fù)是一種低成本、環(huán)境友好型的環(huán)境污染治理新技術(shù)，具有很好的發(fā)展前景。雙酚A的植物修復(fù)過(guò)程要比物理化學(xué)修復(fù)法緩慢，且非常復(fù)雜，因此，廢水中雙酚A的植物修復(fù)存在一定的局限性，今后的研究可以從以下3個(gè)方面考慮：（1）修復(fù)植物的篩選。不同植物對(duì)同一污染物具有不同的吸收去除能力，同一植物對(duì)不同污染物的吸收去除能力也不盡相同，植物不同其根系分泌物組成存在一定差異，根際微生物種類也會(huì)隨之發(fā)生變化，因此，植物篩選是植物修復(fù)過(guò)程中至關(guān)重要的一步，但實(shí)際植物篩選的條件多從生物量、生理現(xiàn)象等基本指數(shù)進(jìn)行篩分，今后的研究過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)植物根際分泌酶及植物根系分泌物含量組成的變化進(jìn)行綜合考慮，篩選適宜處理同時(shí)存在多種污染物的含雙酚A廢水。（2）深入研究廢水中雙酚A的修復(fù)機(jī)理。目前，大量的研究?jī)H局限于從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，對(duì)于其修復(fù)機(jī)理多為猜測(cè)，并沒(méi)有具體研究結(jié)果，因此，要深入探討植物修復(fù)機(jī)理，尤其是植物根際微環(huán)境區(qū)域中植物-微生物-土壤三者的相互作用。（3）目前植物修復(fù)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用尚不成熟，植物修復(fù)含雙酚A廢水過(guò)程緩慢，通過(guò)對(duì)植物修復(fù)機(jī)理的深入研究，改善影響植物修復(fù)效率的因素，提出提高和完善植物吸收和降解雙酚A新技術(shù)，同時(shí)可將植物修復(fù)技術(shù)與多種修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用，從而進(jìn)一步提高修復(fù)效率。從分子生物學(xué)角度探討雙酚A在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理，植物體內(nèi)酶對(duì)特定污染物的降解過(guò)程，以及雙酚A在植物體內(nèi)的最終歸宿。

植物修復(fù)技術(shù)是一個(gè)交叉和綜合學(xué)科領(lǐng)域，涉及代謝組學(xué)、植物生理學(xué)、土壤學(xué)、生物工程、化學(xué)等多門學(xué)科。目前該技術(shù)的應(yīng)用研究還處于初步探索階段，仍存在諸多不完善的地方，但隨著各個(gè)學(xué)科、領(lǐng)域研究和實(shí)踐的深入，它的應(yīng)用將更廣泛，并在污水和土壤修復(fù)中發(fā)揮重要作用。

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（責(zé)任編輯 狄艷紅）

Research Progress on Phytoremediation of Wastewater Containing Bisphenol A

WANG Lin1SUI Chun-xiao1，2WANG Jin2
（1. College of Environmental Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100；2. Key Laboratory of the State Ministry of Education of Marine Environment and Ecology，Ocean University of China，Qingdao 266100）

Bisphenol A，as an important production material，has been increasing dramatically in the environment in recent decades. Bisphenol A is one of the endocrine-disrupting compounds and hormone-like substances，which simulates，strengthens and inhibits the effects of hormone；in some cases，bisphenol A induces the proliferation and tumor of tissues or organs. Phytoremediation is a new environmental remediation technology developed in recent years，and is becoming promising in the field of bioremediation. Based on reading all related literatures，the selection of plants for remediation of bisphenol A was summarized，also the mechanism of phytoremediation of bisphenol A was discussed from three aspects：glycosylation effect of plant，degradation of rhizosphere enzyme，and joint metabolism of rhizosphere and microorganisms. Moreover，applications and researches of the phytoremediation of wastewater containing bisphenol A were reviewed，aiming at providing the references for phytoremediation of bisphenol A wastewater.

bisphenol A；phytoremediation；remediation mechanism

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.04.007

2015-07-06

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2008ZX07010-008-04），山東省科技攻關(guān)項(xiàng)目（2009GG20006010）

王琳，女，教授，研究方向：污水處理與回用、污水處理實(shí)用技術(shù)、安全飲用水；E-mail：18796004809@163.com