综述：植物修复技术改善水质的研究进展与未来展望

这篇综述系统阐述了植物修复技术（Phytoremediation）在应对全球水污染问题中的最新进展，重点探讨了纳米技术（如TiO2-NPs）、微生物协同（PGPB）和基因编辑（CRISPR/Cas9）等前沿手段如何提升植物对重金属（Cd/Pb）、新兴污染物（PPCPs/微塑料）的去除效率，同时分析了规模化应用面临的生态风险与经济可行性，为可持续水处理提供了跨学科解决方案。

　　

引言

水污染已成为全球性环境挑战，工业活动、农业径流和废水处理不足导致水体中重金属（Hg/Pb）、药物残留和微塑料等污染物激增。植物修复技术利用植物吸收、降解或稳定污染物的天然能力，相比传统方法（活性炭过滤、化学沉淀）具有成本低、能耗少的优势。尤其人工湿地（CWs）和浮床湿地（FTWs）能降低30-50%处理成本，对发展中国家更具应用潜力。

传统植物修复技术

植物通过多种机制净化水体：

• 植物提取（Phytoextraction）：如遏蓝菜（Noccaea caerulescens）富集Cd/Pb；
• 根际过滤（Rhizofiltration）：向日葵根系吸附铀（U）和铯（Cs）；
• 植物挥发（Phytovolatilization）：浮萍（Lemna minor）将硒（Se）转化为气态释放。

典型水生植物中，凤眼莲（Eichhornia crassipes）对重金属（Fe/Cu/Zn）去除率高达97%，而浮萍（L. minor）可处理有机污染物和抗生素（如三氯生）。但传统方法存在周期长、高浓度毒性抑制生长等局限。

纳米技术强化

纳米气泡通过提升溶解氧（DO）促进植物代谢。例如，空心莲子草（Alternanthera philoxeroides）在纳米气泡环境中镉（Cd）吸收量增加17.29%。功能碳纳米点（FCNs）则通过吸附重金属离子增强凤眼莲对Cd/Pb的富集。二氧化钛纳米颗粒（TiO₂-NPs）通过光催化产生羟基自由基（·OH），加速砷（As）和铜（Cu）的降解。

微生物协同增效

植物根际促生菌（PGPB）如苍白杆菌（Stenotrophomonas maltophilia）可提升植物耐污性。盐角草（Salicornia ramosissima）接种弧菌（Vibrio neocaledonicus）后，锌（Zn）和铜（Cu）吸收量显著增加。微生物通过分泌有机酸和铁载体（Siderophores）活化污染物，同时诱导表观遗传修饰增强植物应激适应。

基因编辑突破

CRISPR/Cas9技术精准编辑植物基因，如过表达AtPHR1基因的植物在富磷水体中表现优异。转基因大米草（Spartina alterniflora）表达汞还原酶基因（merA/merB），可耐受500μM氯化汞（HgCl₂）。靶向硫（S）代谢通路的基因改造还能提升硒（Se）挥发效率。

新兴污染物治理

针对药物（PPCPs）和微塑料，浮萍和凤眼莲通过根系物理截留微塑料，而假单胞菌（Pseudomonas）和红球菌（Rhodococcus）可能协同降解聚乙烯（PE）。但此类研究尚处实验室阶段，需进一步验证野外有效性。

规模化挑战

尽管技术进步显著，纳米材料生态风险（如生物累积）、转基因扩散可能性及监管成本（GM作物审批费超2400万美元）仍是主要障碍。未来需加强中试验证和成本效益分析，推动技术从实验室走向实际应用。