综述：重金属污染场地的植物修复：机制、局限性与新近展望

本综述系统探讨植物修复（Phytoremediation）技术修复重金属（HMs）污染土壤的机制与前景，重点解析金属结合蛋白（如MTs、PCs）及转运蛋白在液泡区隔化、抗氧化防御等过程中的作用，并展望CRISPR/Cas9等基因编辑技术的应用潜力，为土壤生态安全提供理论支撑。

　　

摘要

土壤是维系地球生物多样性和自然资源高效利用的核心要素。重金属在土壤中的累积及其后续生物富集效应导致土壤质量显著恶化，并对生态系统构成威胁。为缓解重金属污染，亟需定期监测并制定土壤健康恢复策略。植物修复作为一种非侵入性、环境友好且经济可行的自然修复策略，近年来受到广泛关注。本文聚焦重金属污染土壤的植物修复技术，系统解析其作用机制，并探讨基因工程等生物技术手段的应用前景。

植物修复的核心机制

植物修复重金属污染土壤依赖于多种分子机制协同作用。金属结合蛋白如金属硫蛋白（Metallothioneins, MTs）和植物螯合肽（Phytochelatins, PCs）可通过巯基与重金属离子特异性结合，形成稳定复合物。转运蛋白家族（如ZIP、HMA）调控重金属离子的跨膜运输，实现根际吸收与木质部转运的动态平衡。液泡区隔化是植物解毒的关键途径，重金属-配体复合物通过液泡膜转运蛋白（如ABCC型）储存于液泡，有效降低胞质毒性。此外，抗氧化防御系统（包括SOD、POD等酶系）可缓解重金属诱导的氧化应激，维持细胞氧化还原稳态。

生物技术强化策略

传统植物修复存在效率低、周期长等局限，基因工程技术的引入为提升修复效能提供新思路。CRISPR/Cas9系统可精准编辑金属代谢相关基因，例如通过增强MTs/PCs合成基因表达或优化转运蛋白活性，提高植物富集能力。实验研究表明，过表达AtPCS1（拟南芥植物螯合肽合成酶基因）的转基因植物对Cd²⁺的富集量提升约2.3倍。此外，微生物-植物联合修复体系通过根际促生菌（PGPR）分泌有机酸、铁载体等物质活化土壤重金属，进一步强化植物吸收效率。

挑战与未来展望

当前植物修复技术仍面临多重挑战：修复速率受植物生长周期限制，富集生物量的安全处置存在环境风险，转基因植物的生态安全性需长期评估。未来研究应聚焦于田间尺度验证，开发低成本运维策略，整合多组学技术（如转录组-代谢组关联分析）解析植物应答重金属的分子网络，并探索纳米材料辅助修复等创新技术，推动植物修复的规模化应用。

（注：全文严格基于原文内容缩编，未添加文献引用及图示信息，专业术语均保留英文缩写与上下标格式。）