《Environmental Research》：Synergistic Effects of Carbon Dots and Arbuscular Mycorrhizal Fungi on Mitigating PFAS Stress and Reinforcing the Purification Performance of Constructed Wetlands
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PFAS污染导致人工湿地功能受损，本研究通过碳点（CDs）与丛枝菌根真菌（AMF）协同作用，显著提升污染物去除效率（34.3–158.3%）。CDs增强植物光合及抗氧化能力，促进AMF定殖，诱导根际微生物群落向降解功能特化（Chloroflexi, Planctomycetes, Campylobacterota），强化氮循环与污染物降解。
王宇辰|孙腾杰|李林军|王敏洁|胡波|陈忠兵|胡珊珊
中国浙江省金华市浙江师范大学地理与环境科学学院数字智能监测与流域环境修复重点实验室，321004
摘要：
全氟和多氟烷基物质（PFASs）是高度持久的污染物，会破坏植物与微生物之间的相互作用，并降低人工湿地（CWs）的净化效果。本文提出了一种协同策略，结合使用碳点（CDs）和丛枝菌根真菌（AMF），以减轻PFAS引起的压力并提高CW的修复效率。碳点的添加显著改善了植物在PFAS暴露下的生理表现，提高了光合作用效率和抗氧化酶活性，同时促进了AMF的定殖。在高PFAS浓度下，AMF与碳点的联合处理使AMF的定殖密度相比单独使用AMF增加了33.3-100%，表明这种共生关系得到了显著保护。宏基因组和群落分析显示，AMF与碳点的组合改变了根际微生物群落，丰富了与氮循环、PFAS转化和代谢韧性相关的微生物类群，如Chloroflexi、Planctomycetes和Campylobacterota。这些微生物变化增强了养分转化过程，并加强了对于污染物降解至关重要的氧化还原耦合作用。因此，AMF与碳点系统显著改善了水质，总磷（TP）、化学需氧量（COD）、总氮（TN）和NH4+-N的去除效率相比未经处理的对照组提高了34.3–158.3%。本研究首次证明碳点作为纳米桥接剂，能够稳定根际微生物界面，增强AMF与植物的共生关系，并促进微生物群落向污染物降解方向专业化。AMF与碳点的协同机制为恢复受PFAS污染的生态系统和推进下一代人工湿地技术提供了一种可持续且可扩展的纳米生物策略。
引言
全氟和多氟烷基物质（PFASs）由于其在环境中的极端持久性，常被称为“永久性化学物质”，现已成为从极地地区到城市雨水系统等各个环境中的普遍污染物（Evich等人，2022年）。其强碳-氟（C-F）键和刚性分子结构使得碳骨架具有极强的抗氧化和还原降解抵抗力，从而具有出色的热稳定性、化学稳定性和疏水/亲水稳定性（Yu等人，2024年）。这些特性使得PFAS在众多工业和消费应用中得到广泛应用，但也导致了它们的持久性、生物累积性和毒性，对人类健康和生态系统构成了严重威胁（Jeong等人，2024年）。由于传统的水处理工艺往往无法有效去除PFAS，美国环境保护署等监管机构已对六种PFAS化合物制定了更严格的标准，这凸显了开发更高效且经济可行的修复技术的迫切需求（Jeong等人，2024年）。
人工湿地（CWs）是一种可持续、低成本且基于自然的处理技术，通过植物吸收、底物吸附和微生物转化等协同机制展示了减少PFAS污染的潜力（Ma等人，2025年）。研究表明，在进水浓度为100–1000 μg/L的情况下，全氟辛酸（PFOA）的去除率可达49.7–73.6%（Xiao等人，2023年）。然而，PFAS暴露会通过诱导植物氧化应激、降低微生物多样性和代谢功能来损害CW的稳定性，从而干扰养分和污染物的转化过程（Li等人，2020a）。丛枝菌根真菌（AMF）与植物之间的共生关系可以通过增强养分吸收、促进根系分泌物分泌以及重塑根际微生物群落来提高污染物的耐受性，这些效应共同提升了CW的性能（Hu等人，2025a）。多项研究指出，AMF能够减轻植物对重金属和有机污染物的压力，并提高湿地中的污染物去除效率（Hu等人，2025a, 2025b）。Chen等人（2024年）进一步发现，AMF还能改善CW中的污染物降解和代谢效率。尽管如此，PFAS暴露仍可能影响AMF与植物的相互作用，因此需要开发实用且经济有效的策略来增强AMF的功能，并在PFAS暴露条件下维持CW的处理效果。
纳米材料最近在植物修复系统中展现出巨大潜力。除了直接参与污染物吸附和转化外，它们还能促进植物生长并增强污染物的吸收和迁移（Chen等人，2021年）。碳点（CDs）是一种直径通常小于10纳米的碳基纳米颗粒，具有独特的光学性质、高比表面积以及丰富的表面功能基团，能够有效吸附多种污染物，包括重金属、染料和药物（Thakur等人，2024年）。此外，碳点具有良好的植物生物相容性，可以促进种子萌发、增强根系发育和养分吸收，并提高植物的抗逆能力（Chen等人，2022年）。最新研究表明，碳点可以通过改善土壤碳动态和保护真菌活性来促进AMF与植物的共生关系（Wen等人，2025年），从而增强根际管理系统应对压力的能力。加强这种共生网络可以提高植物对PFAS的耐受性，并通过植物和微生物的协同作用增强污染物的吸收和转化，可能提升CW的整体去除效率。因此，我们假设AMF与碳点的联合应用将通过稳定AMF与植物的共生关系和重塑根际微生物功能，协同增强植物对PFAS压力的耐受性，从而提高CW的净化效果。然而，碳点与AMF之间的协同机制及其共同增强PFAS去除能力的潜力仍需进一步研究。明确碳点、AMF和植物之间的相互作用对于提高PFAS污染水体中CW系统的恢复力和处理效率具有重要的科学和实践意义。
因此，本研究的目标是：（1）评估碳点对CW运行性能的影响；（2）系统评估AMF和碳点在PFAS暴露下对植物生理和多重压力耐受性的协同效应；（3）阐明AMF与碳点相互作用调节根际微生物群落结构和功能以减轻PFAS压力的机制。据我们所知，这是首次系统研究碳点作为AMF与植物共生关系增强剂的机制。研究结果提供了一种环保且可扩展的策略，有助于提升水生生态系统中持久性有机污染物的修复能力，从而增强生态安全并实现水资源的可持续保护。
化学物质和标准
选择了四种代表性的PFAS作为模型污染物：全氟戊酸（PFPeA，C5）、全氟庚酸（PFHpA，C7）、PFOA（C8）和全氟壬酸（PFNA，C9）。供应商信息和纯度信息分别总结在表S1和S2中。长链PFAS（PFOA和PFNA，C > 7）由Macklin Inc.（中国）提供，纯度高于96%；短链PFAS（PFPeA和PFHpA，C ≤ 7）由Bidepharm Inc.（中国）提供，纯度高于97%。所有PFAS的标准...
碳点的表征
XPS分析证实碳点表面存在丰富的含氧功能基团（图1a），包括C-O、O-H、O=C-O和C=O，这通过解卷积的C 1s和O 1s光谱得到验证（图1b和c）。此外，拉曼光谱揭示了碳的核心结构（图1d），表明其具有富含缺陷的石墨性质，ID/IG比值为0.89（Wang等人，2024b）。这些表面功能基团（C=O和C-OH）和结构缺陷至关重要（图1e）...
结论
本研究证明，碳点与AMF的联合应用显著提高了CWs中的污染物去除效率，同时减轻了PFAS对植物和微生物群落的压力。我们首次证明碳点通过促进菌根定殖、改变根际微环境和调节微生物群落的功能结构，起到了桥梁作用，从而促进了AMF与植物的共生关系。
CRediT作者贡献声明
胡珊珊：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金筹集。陈忠兵：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源协调、概念构思。胡波：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金筹集、概念构思。王敏洁：实验研究、数据分析、数据管理。李林军：结果验证、方法论设计、数据分析。孙腾杰：结果验证、方法论设计、实验研究。
未引用参考文献
Wen等人，2025a。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了
浙江省青年科学基金（LQ24B070006）的财政支持。
