《Bioresource Technology》：Macrophytes and emerging Contaminants: Insights on removal and toxicological responses
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水生植物通过多机制协同去除新兴污染物（ECs），但ECs诱导的氧化应激和酶抑制效应可能削弱植物长期修复能力，需平衡净化效率与植物生理毒性。
作者：Shruti Singh、Rajneesh Singh、Brijesh K. Yadav
印度北阿坎德邦鲁尔基印度理工学院水文学系
摘要
植物修复已成为一种可持续且经济可行的废水处理方法，其中大型水生植物在提高污染物去除效率方面发挥着关键作用。然而，现有文献主要强调基质与大型水生植物之间的协同作用，往往忽视了大型水生植物自身的独立生物学贡献及其生理“成本”。随着微塑料、药品和个人护理产品等新兴污染物的日益普遍，明确它们与大型水生植物的相互作用及其对植物生长的影响变得至关重要。本文全面分析了大型水生植物如何独立促进这些污染物的去除，同时评估了这种暴露的毒理学后果。文章重点讨论了一个关键的毒性-去除反馈循环：污染物引起的氧化应激、膜损伤和转录组变化最终会削弱植物的长期修复能力。此外，本文还提供了关于纳米塑料（100纳米）尺寸依赖性毒性的新见解，与较大的微塑料不同，纳米塑料能够穿透细胞屏障，抑制氮循环酶并干扰根际分泌物。此外，本文探讨了复杂化学混合物（如氯乙酸和N-亚硝基二甲胺）的协同和拮抗效应，表明这些联合压力源可能引发植物的抗氧化防御机制崩溃。通过弥合去除效率与分子毒理学之间的差距，本研究为复杂化学污染时代的物种选择和基于自然的处理系统的可持续管理提供了新的框架。
引言
废水和水中的污染物会对淡水体和水资源造成多种影响，从富营养化和溶解氧耗尽到水质恶化。目前，水资源污染并非唯一问题，因为水资源的过度开发用于生活、工业和农业用途也在加剧水资源短缺（Yadav等人，2011年）。在这种情况下，处理废水或受污染的水以供再利用对于保护水资源免受过度开发和污染至关重要。然而，由于现有废水处理系统的成本高昂和操作复杂，处理受污染的水或废水变得越来越具有挑战性（Singh等人，2022年）。因此，自然处理系统在全球范围内受到越来越多的认可（Sharma等人，2025年）。自然废水处理系统通常具有成本效益，并且易于在现场应用（De等人，2022年）。植物修复是一种具有成本效益且易于应用的废水处理方法（Yadav等人，2025年）。此外，植物修复还具有可持续性和用户友好性等优势。该过程涉及将大型水生植物应用于土壤系统中以去除水中的污染物（Laghlimi等人，2015年）。鉴于其优势，植物修复已被提议作为传统高成本废水处理系统的主要替代方案（Yadav等人，2011年）。自然或构建的湿地（CWs）由植被和土壤组成，无论是淹没的还是饱和的，都能创造有利于通过根际过滤、植物提取、植物挥发、植物降解和植物转化等机制去除污染物的生物条件（Singh等人，2025年）。
虽然植物修复最初仅限于通过自然形成的湿地处理废水，但这些系统结合了土壤、植物和水，促进了多种微生物和生化过程以去除污染物（Kang等人，2023年）。后来，其在人工湿地、水培系统和大型水生植物辅助的蚯蚓过滤系统中的应用逐渐普及（Singh等人，2022年；Yadav等人，2011年）。湿地最初仅用于处理生活废水，但后来扩展到来自多个行业的废水（Yang等人，2020年）、农业活动（Tanner & Sukias，2011年）、城市径流（Wang等人，2025年）和采矿作业（Wildeman和Laudon，2020年）。湿地中挺水植物、沉水植物和浮水植物的作用以及基质类型对植物修复具有重要意义。因此，已有文献综述研究了湿地中污染物去除的机制（Bhatia和Goyal，2014年）。然而，据我们所知，大多数关于湿地中植物作用的综述仅限于去除废水中的常规污染物（如有机物、固体、营养物质等）。另一方面，随着人类消费主义的增长和对废水处理的法规日益严格，处理许多新兴污染物（如药品、金属、纳米颗粒等）变得日益重要，同时也需要进一步了解大型水生植物在去除这些污染物中的作用。此外，尽管这些污染物对大型水生植物的健康和整个植物修复过程的效率有显著影响，但对其潜在毒性效应的关注仍然有限。因此，了解这些毒理学相互作用对于准确评估基于大型水生植物的修复系统的可持续性和韧性至关重要。
水生大型水生植物是能够在水生或水分饱和环境中生存的维管高等植物，由于其通过根际过滤、植物积累和植物转化过程去除污染物的能力，被广泛用于基于植物修复的处理系统（Ró?ańska-Boczula & Sender，2025年）。用于植物修复的水生大型水生植物根据其生长习性通常分为四类：浮水植物、浮叶植物、挺水植物和沉水植物（见图S1和表S1（Marques等人，2024年））。浮水植物不附着在水面上自由漂浮，而挺水植物和沉水植物通常根植于湿地沉积物中，其中挺水植物部分伸出水面，沉水植物完全浸没在水下（Ró?ańska-Boczula & Sender，2025年）。这些生长形式的差异影响了植物与污染物的相互作用，并决定了它们在湿地处理系统中的功能作用。在CWs和大型水生植物辅助的处理系统中，植物形态显著影响污染物吸收、氧气传输和根际微生物相互作用。不同的植物组织，包括地上部分以及沉水根和根茎，通过增强氧气分布和释放根系分泌物来促进营养吸收、污染物吸收和微生物介导的污染物降解（Espinosa-Ortiz等人，2022年；Brunhoferova等人，2022年；Singh等人，2025年）。因此，本文研究了大型水生植物在去除污染物中的作用，从而进一步提升了湿地去除污染物的潜力。此外，本文还强调了植物修复系统中污染物对大型水生植物的毒性，指出大型水生植物的健康是湿地性能和长期可持续性的关键但尚未充分研究的决定因素。本文提供了关于植物修复当前趋势的见解，重点关注大型水生植物在去除污染物中的作用，并对污染物引起的毒性进行了批判性评估（见图S2）。还进行了关键词共现网络分析，以确定该领域的主要研究主题（见图S3）。本文采用PRISMA框架指导的结构性文献筛选方法进行编写，以确保研究的识别、筛选和纳入的透明度（Page等人，2021年）。
部分摘录
大型水生植物在去除新兴污染物中的作用
由于农业、工业和生活活动，水生系统中新兴污染物的出现有所增加。生活来源包括个人护理产品，农业活动会产生农药和除草剂，而工业活动会释放药品、增塑剂和阻燃剂（García等人，2020年）。这些污染物的积累对人类、水生生物和植物构成了风险（Lin等人，2022年）。早期，由于污染物浓度较低，其检测受到限制。
新兴污染物对大型水生植物的毒性
植物毒性是指污染物暴露引起的各种应激反应，包括细胞死亡、生长抑制、叶片和毛状体变形以及氧化应激（见图3）。有毒污染物会触发植物的适应性生理反应，如防御机制和光保护，从而改变生长模式和解毒途径，进而影响植物修复效果（Xiao等人，2021b）。各种新兴污染物，包括个人护理产品成分（PPCPs）、微塑料和纳米颗粒等，都
基于大型水生植物的新兴污染物去除系统的最新进展
近年来，基于大型水生植物的新兴污染物去除系统取得了显著创新，这得益于混合系统配置、工程化基质以及对植物-微生物相互作用机制的深入理解。导电基质是一种显著的强化策略，填充焦炭的湿地在四环素去除效率上达到了85-91%，而传统石英砂系统的去除效率为60-65%，尽管基质介质中ARG（一种有机污染物）的积累增加
研究需求和未来方向
当前的研究表明，基于大型水生植物的处理系统正从以去除为导向的框架向以机制驱动和韧性为基础的方法转变。然而，要实现其可靠和可持续的应用，仍需解决几个关键研究问题。其中一个关键问题是阐明污染物的细胞内转化途径。虽然整体去除效率已经得到确认，但酶促生物转化、结合反应等的作用仍需进一步研究
结论
本文指出，大型水生植物在水处理系统中作为动态的、对压力有响应的调节因子发挥作用。它们的作用不仅限于物理吸收，还包括酶促转化、根际介导的微生物相互作用以及对污染物在环境各组分中分配的控制。然而，这些过程的效率从根本上受到植物生理韧性的限制。
本研究的一个关键成果是
作者贡献声明
Shruti Singh：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理、概念化。
Rajneesh Singh：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、监督、资源协调、项目管理、资金获取、概念化。
Brijesh K. Yadav：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢Anusandhan国家研究基金会（ANRF）对该项目的财务支持。该研究由ANRF资助（授权号：RJF/2022/000110）。作者还感谢印度大学拨款委员会（UGC）通过初级研究奖学金（JRF）计划提供的财务支持。
