在全球环境治理领域，全氟化合物（PFAS）的污染问题因其持久性和多种健康危害备受关注。这类被称为“永久性化学品”的物质，广泛应用于工业生产和日常生活，但其稳定的化学结构导致传统治理方法面临能耗高、成本大、难以推广的困境。近期，西湖大学张岩岩和王蕾团队发现草本植物月见草对多种PFAS具有显著富集能力，并据此发展出从污染修复到安全处置的可持续技术路径，为破解PFAS治理难题提供了新思路。相关成果以“Identification of a PFAS hyperaccumulator and elucidation of its translocation mechanism for sustainable phytoremediation”为题发表于国际期刊《Nature Communications》。
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本研究提出的PFAS污染土壤植物修复的技术框架
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https://doi.org/10.1038/s41467-025-65191-3
“永久性”难题：为何PFAS治理如此棘手？
要理解这项突破的意义，首先需要认识什么是PFAS。这类物质中的碳-氟键极为稳固，使其具备卓越的抗油、防水、耐高温等特性，因而被广泛应用于食品包装材料、航空航天、半导体制造等工业与消费领域。然而，这种“永久性”也带来沉重的环境代价。PFAS在自然环境中难以降解，会长期残留在土壤、地下水及生物体内。已有大量研究表明，PFAS暴露可导致癌症、甲状腺功能异常、内分泌紊乱等多种疾病，严重威胁生态系统和公共安全。
现有治理技术如高温焚烧、填埋和化学洗脱，虽有一定效果，但普遍能耗大、成本高、易产生二次污染，且难以应对大面积场地修复。因此，发展绿色、低成本、可规模化推广的修复技术，已成为学界与工业界的共同目标。
面对化学与工程方法的局限，科学家转向自然本身，开发出植物修复技术。该技术利用植物及其共生微生物系统，通过吸收、降解或固定等方式清除污染物，实现原位净化。这种“以自然之道，还治自然之身”的方式具备多重优势：成本低、不破坏土壤生态、环境友好且兼具美学价值，理论上非常适用于大范围、中低浓度污染场地的治理。
然而，实现该技术理想效果的关键在于超积累植物——它们是植物界的“特种部队”，能大量吸收污染物并转移至茎叶中富集，同时自身不受毒害。过去几十年，科学家已发现可超积累砷、镉、镍等重金属的植物并投入实践。但在PFAS这一新污染物研究领域，缺乏公认高效的超积累植物，成为制约该技术应用的最大瓶颈。
转机出现在对中国东部一家氟化工园区周边的环境筛查中。研究团队在对工厂附近生长的多种原生植物进行采样分析时，一种常见草本植物—月见草，其PFAS检测数据引起了研究人员的极大关注。
图2 氟化工园区周边植物不同部位的PFAS含量和组成
研究结果显示，对于现场土壤中检测出的18种传统及新型PFAS，月见草表现出叶片积累因子（LCF）> 10 且 转运因子（TF）> 3 的卓越性能。这意味着，它不仅将土壤中的PFAS“打包”带入了自身体内，更高效地将其“运送”到了易于收割的地上部分。这一综合表现，完全符合学术界对超积累植物的定义标准，标志着PFAS污染土壤的植物修复技术迎来了一个极具潜力的候选者。
进一步，研究团队从组织、细胞和分子层面深入探索了PFAS在月见草体内的“旅程”。关键发现指向植物根部的细胞壁。细胞壁作为植物细胞的“骨架”与“外墙”，是由多糖和木质素等构成的结构，其中果胶和半纤维素被证实为是PFAS的主要结合位点——像“钩子”一样牢牢捕获PFAS分子。
那么，PFAS又是如何突破根部的“封锁”，被成功转运到叶片中的呢？为此，研究团队不仅研究了污染区具有超积累能力的月见草（简称HOR），还从背景地区采集了同种但不具备超积累能力的月见草（简称NOR）作为对照。实验结果显示，在PFAS胁迫下，NOR根部有数千个基因被“唤醒”，其中大量基因与细胞壁的合成与修饰相关，呈现出一片如临大敌的“繁忙景象”。而HOR的基因表达则异常“平静”，仅有数百个基因发生改变，那些与细胞壁合成相关的基因更是基本保持“沉默”。这种基因层面的“低响应”状态，恰恰是HOR在长期环境驯化中获得的超能力。它意味着HOR已经适应了PFAS环境，无需启动防御程序，而这条畅通无阻的向上运输通道，最终实现了更高效地将污染物从根转运至茎叶。
当然，除了细胞壁调控这一关键环节，月见草的超积累机制可能还涉及更复杂的协同过程，例如共质体运输增强和木质部装载提高等，这些都将成为未来深入研究的方向。
成功的植物修复必须解决“后顾之忧”：收割下来的、富含高浓度PFAS的植物生物质该如何处理？如果简单堆肥或填埋，将导致污染物的二次释放，前功尽弃。研究团队给出了答案：热解技术。他们将收获的月见草地上部分进行高温热解，将其转化为生物炭。实验证明，这一过程能够彻底分解（去除率>99.2%）植物中积累的PFAS， 产生的生物炭性质稳定，实现了废物的资源化利用。
为了客观评估该策略的环境友好性，研究团队采用了国际通用的全生命周期评价（LCA） 方法，对“月见草植物修复+热解处置”全链条的环境排放及能源消耗进行了量化分析，并将其与传统的土壤物化修复技术进行对比。
图6 超积累植物月见草的生物质热解及其修复技术的全生命周期评价
LCA结果清晰地表明，这一新型植物修复组合策略，在能源消耗、温室气体排放及整体环境足迹等多个维度，均显著低于传统修复方法。这从科学数据上印证了该技术路线的可持续性与绿色优势，为其未来的大规模应用提供了坚实的环境效益依据。
这项研究的价值在于它系统地完成了一项应用导向型科研的全流程：从现象发现，到机理探索，再到技术集成，最后通过体系评估验证了其可持续性。它不仅仅是提供了一种发现PFAS超积累植物的思路，更重要的是，它展示了一个从污染治理到最终处置的、完整且环境友好的解决方案框架。
尽管这项研究取得了重要突破，但研究团队指出，要将植物修复技术广泛应用于实际环境治理，仍需在多个方向持续探索：在全球更多样的污染场地中系统寻找和验证超积累植物资源；深入解析植物体内PFAS吸收、转运和积累的完整机制，不局限于根系过程；同时，通过遗传改良和微生物协同等策略，提高修复植物的生物量与效率；并开发更绿色、低能耗的植物资源化处置技术。
科学探索的终点，最终与自然智慧的开端不期而遇。当人为的永久性化学品困扰我们数十年之后，解决问题的线索并非来自实验室的高能耗反应器，而是悄然生长在污染区边缘的一株粉红色小花之中。
产业应用与合作。我国作为全氟化合物（PFAS）的最大生产与消费国，面临着严峻的环境污染挑战。然而，PFAS作为氟化工、新能源、半导体、医药等高新技术领域不可或缺的关键化学品，其需求量仍在持续增长。为遏制污染进一步加剧，推动氟化工产业绿色转型，并提升我国履行国际环境协议的能力，亟需系统推进PFAS的治理工作。张岩岩研究员团队专注于PFAS的降解机理与污染控制研究。该团队结合高分辨质谱分析与量子化学计算，系统探索多种PFAS结构的全脱氟降解机制及污染修复技术，揭示关键官能团对反应活性及降解路径的调控规律。王蕾研究员团队开发生物质基PFAS高效富集材料，为PFAS“富集-降解”源头控制技术提供新材料。同时，双方积极与国际水务公司及国内氟化工龙头企业开展合作，致力于推进面向产业化的治理修复技术的小试与中试应用，为PFAS污染控制提供可行路径与技术支撑。
西湖大学工学院博士后郭心雨为本文第一作者，西湖大学工学院王蕾研究员和张岩岩研究员为本文通讯作者。本研究得到了浙江省“尖兵领雁+X”研发攻关计划、国家自然科学基金和西湖大学未来产业研究中心的资助。西湖大学物理科学公共实验平台、分子科学公共实验平台以及高性能计算中心提供了大力的支持。
