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这篇综述系统阐述了药品和个人护理用品(PPCPs)在土壤环境中的污染现状,重点探讨了真菌修复(Mycoremediation)技术的机制与应用。文章详述了PPCPs的分类、环境归趋、生态风险,并突出白腐真菌(WRF)通过木质素修饰酶(如漆酶Lac、锰过氧化物酶MnP)降解污染物的独特能力,同时结合纳米技术(如真菌合成Fe3O4 NPs)和酶工程等前沿策略,为可持续环境治理提供了新思路。
引言
环境污染因有害物质释放对生态系统造成显著威胁,其中药品和个人护理用品(PPCPs)作为新兴污染物备受关注。全球每年PPCPs消耗量超过万吨,其持久性、生物累积性和生态毒性使其被归类为“准有机污染物”。传统废水处理方法难以完全去除PPCPs,导致其通过灌溉、污泥施用等途径进入土壤环境,进而影响植物生长、土壤微生物群落及人类健康。
PPCPs的类型与组成
PPCPs分为药品和个人护理用品两大类。药品包括:
- 类固醇药物:如天然雌激素(雌酮E1、雌二醇E2)、合成激素(乙炔雌二醇EE2);
- 非类固醇药物:如抗生素(磺胺类、大环内酯类)、镇痛药(布洛芬)、β-受体阻滞剂(普萘洛尔)。
个人护理用品涵盖消毒剂(三氯生)、防腐剂(对羟基苯甲酸酯)、合成麝香(吐纳麝香AHTN)和紫外线过滤剂(二苯酮-3)。这些化合物结构复杂,环境残留浓度从ng/L至μg/L不等。
土壤中PPCPs的来源与分布
PPCPs通过多种途径进入土壤:
- 污水灌溉:处理不完全的废水携带残留药物;
- 有机肥施用:畜禽粪便中含未代谢的兽药;
- 工业排放:制药厂废水直接排放;
- 垃圾填埋:过期药品渗滤液污染地下水。
研究表明,土壤中PPCPs浓度可达mg/kg级,且代谢物(如卡马西平氧化物)的生物活性可能高于母体化合物。
生态影响与归趋机制
PPCPs对土壤-植物-水系统产生多重危害:
- 植物毒性:抑制种子萌发、缩短根长(如卡马西平导致叶片白斑);
- 微生物抑制:抗生素诱发耐药基因传播;
- 水生生态风险:雌激素类物质导致鱼类性别畸变。
污染物在土壤中的行为受pH、有机质含量和氧化还原电位调控,例如黏土矿物通过π-π作用吸附四环素类抗生素。
真菌修复的核心机制
真菌通过以下途径降解PPCPs:
- 酶促氧化:白腐真菌分泌漆酶(Lac)、木质素过氧化物酶(LiP)和锰过氧化物酶(MnP),非特异性裂解污染物芳香环;
- 胞内代谢:细胞色素P450系统催化药物羟基化;
- 生物吸附:菌丝体表面官能团(如羧基)螯合重金属-PPCPs复合物。
典型菌种如黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)可完全去除双氯芬酸,糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)对氧四环素的降解率达100%。
关键影响因素
- pH:Aspergillus niger在pH 2~3时对染料脱色效率>90%;
- 温度:Yarrowia lipolytica在20°C下柴油降解率最高;
- 污染物浓度:PAHs与重金属复合污染会抑制真菌活性;
- 纳米技术强化:Trichoderma viride合成金纳米颗粒(Au NPs)可加速对硝基苯酚还原。
前沿技术与政策展望
- 酶工程:重组漆酶在pH 2~9保持活性,适用于广谱污染物降解;
- 循环经济:欧盟通过“绿色化学”政策推动制药废物资源化;
- 法规缺口:中国现有标准未涵盖PPCPs环境风险评估,需完善立法。
结论
真菌修复凭借其低成本、高适应性和酶多样性,成为治理PPCPs污染的理想选择。未来需结合基因组学(如Aspergillus flavus全基因组分析)和纳米材料,优化现场应用效能,同时推动国际协同治理框架建立。