《Journal of Hazardous Materials》：Fungal enzyme-driven precipitation polymerization: Trapping estrogenic chemicals to block vegetable contamination
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雌激素类污染物在蔬菜中的降解机制及真菌漆酶的根际修复作用，通过沉淀聚合形成高疏水性大分子沉淀物有效阻断植物吸收和转运，显著降低生菜根和茎叶中的污染物积累，提升食品安全性。
钱音|戴伟|刘春霞|孙凯|周国宁|司友斌
中国安徽省农业大学资源与环境学院农田生态保护与养分利用重点实验室，合肥230036
摘要
蔬菜食品中的雌激素污染及其相关安全问题已成为全球日益关注的问题。Trametes versicolor的漆酶是一种强效的多铜氧化酶，能够高效催化沉淀聚合反应，从而促进四种雌激素（ECs）在生菜根际环境中的修复。与缺乏漆酶的对照组相比，真菌漆酶驱动的聚合反应显著加速了雌激素（estrone (E1)、17β-雌二醇 (E2)、17α-乙烯雌二醇 (EE2) 和双酚 A (BPA) 在根际溶液中的消散。这种处理方法使这些物质的消散效率从32.18%提高到61.36%至91.07%，消散速率常数增加了7.26至17.31倍。苯氧基自由基是酶促聚合反应中的关键中间体，形成了高分子量（MM）且具有疏水性的沉淀物。整个过程环保、高效且无危害，完全符合绿色低碳发展的目标。特别是，形成的沉淀物由于分子量大且具有强疏水性，难以被生菜根部吸收并运输到地上部分，从而显著减少了生菜可食用部分中的雌激素积累。在缺乏漆酶的对照组中，生菜根部的E1、E2、EE2和BPA峰值浓度分别为80.04、156.67、237.60和123.67 μmol·kg^-1，相应的根系吸收速率常数（k2）介于0.05至0.22 h^-1之间。而真菌漆酶驱动的沉淀聚合反应将这些雌激素的根际浓度降低了18.65%至74.04%，并将k2值调整到0.02至0.43 h^-1，阻碍了它们在根部和地上部分的转运。这项工作展示了真菌酶在高效驱动超分子聚合及将雌激素封存为无毒沉淀物方面的潜力，从而阻止了它们对蔬菜作物的生物利用性，降低了相关的饮食风险。
引言
农业蔬菜产品中的污染和安全问题，尤其是由内分泌干扰化学物质（EDCs）引起的问题，已经引起了全球的关注[1]。对蔬菜需求的增加通过加剧种植强度，进一步促进了EDCs在食物链中的生物积累，从而增加了对人类健康的实质性风险[2]。雌激素类化学物质（ECs）是一类主要来自人类和牲畜活动的EDCs，在农业环境中经常被检测到[3][4]。它们在农业生态系统中的残留物会影响植物的生化特性以及动物的繁殖和发育[5]。特别是，ECs可以通过水分的蒸腾作用在蔬菜内部移动和传输。这种现象导致ECs在蔬菜不同组织中的分布不均，从而降低了农产品的质量和安全性[6][7]。长期食用受ECs污染的蔬菜可能导致内分泌紊乱、生殖毒性以及心血管和脑血管疾病[1][5]。因此，清除根际环境中的ECs以减少蔬菜对其的吸收和转运受到了广泛关注。
真菌产生的漆酶是一种多铜氧化酶，在农业生态系统中广泛存在[8][9][10]。它具有四个Cu原子的共同配位结构，这些Cu原子在空间和功能上组织成两个中心：一个T1-Cu中心和一个三核Cu中心，后者由一个T2-Cu原子和两个T3-Cu原子组成[11][12]。底物氧化发生在T1-Cu中心，该中心还负责将电子传递给三核Cu中心，后者随后催化O2的还原反应[13]。由于O2在催化过程中直接还原为H2O，而不会产生有毒的H2O2，因此真菌漆酶被认为是一种高效且环保的催化剂，并已广泛应用于生物修复[14][15]。先前的研究证明，真菌漆酶在水生和土壤环境中能有效催化有害酚类化合物的单电子氧化，生成毒性较低甚至无毒的大分子沉淀物[16][17][18]，从而降低了这些污染物对农业环境的潜在风险。尽管真菌漆酶具有很大的应用潜力，但其在蔬菜根际环境中的应用研究仍不充分。目前对于真菌漆酶驱动的根际修复如何降低蔬菜作物中ECs的污染风险知之甚少。
在这项研究中，选择了estrone (E1)、17β-雌二醇 (E2)、17α-乙烯雌二醇 (EE2) 和双酚 A (BPA) 作为四种代表性雌激素，因为它们在农业环境中普遍存在。同时，选择了生长迅速且营养丰富的生菜（Lactuca sativa L. var. ramosa Hort.）作为模型蔬菜作物，因为它与人类饮食暴露密切相关。通过水培温室栽培系统系统研究了真菌漆酶驱动的根际修复对生菜幼苗中这四种雌激素的吸收和转运的影响机制。首先，探讨了在漆酶驱动的根际修复过程中，这四种雌激素在根际溶液中的消散情况、溶解有机碳（DOC）的含量以及这些污染物的中间产物。其次，利用先进的显微镜技术和光谱分析方法对漆酶驱动的根际修复过程中形成的聚合物沉淀物进行了表征。最后，量化了生菜根部和地上部分中这四种雌激素的浓度，计算了它们的积累量、生物浓缩因子（BCF）和转运因子（TF）。与传统以分解为主的方法不同，我们的研究表明，真菌漆酶驱动的沉淀聚合是一种有效的污染物修复和碳封存方法。阐明酶促根际修复过程中根际环境及蔬菜对雌激素吸收的机制对于食品安全和公共健康至关重要。
化学物质、漆酶和模型蔬菜
化学物质、漆酶和模型蔬菜
标准品包括E1（1.0 mg·mL^-1，甲醇中的认证参考物质）、E2（≥98%）、EE2（≥98%）、BPA（≥99%）和2,6-二甲氧基酚（DMP，≥98%），均购自Sigma-Aldrich（中国上海）。四种典型雌激素的化学结构和物理化学性质见表S1（支持信息，SI）。使用的高性能液相色谱（HPLC）级甲醇、乙腈以及所有其他试剂级溶剂（乙醇、丙酮、n-己烷和乙酸乙酯）真菌漆酶通过驱动连续聚合反应加速根际溶液中四种雌激素的消散
来自白腐菌T. versicolor的漆酶具有极高的氧化还原电位（约760 mV，相对于标准氢电极），这对于其在蔬菜作物根际区域去除多种有机污染物的作用至关重要[19][20]。在暴露于四种雌激素120小时后，生菜根际溶液中E1、E2、EE2和BPA的消散效率分别为53.74%、82.58%、52.65%和72.44%（图1）。
结论
生菜是一种全球广泛种植的蔬菜作物，因其营养价值而备受重视，因此减轻其中的雌激素污染风险尤为重要。在本研究中，我们展示了T. versicolor漆酶驱动的根际修复如何调节生菜幼苗中对这四种雌激素的吸收、积累和转运。与缺乏漆酶的对照组相比，漆酶增强的根际修复显著促进了这些雌激素的消散
环境影响
蔬菜食品中的雌激素污染及其相关安全风险已成为一个紧迫的全球性问题。本研究证明，T. versicolor漆酶驱动的沉淀聚合有效促进了水培生菜系统中雌激素的根际修复。苯氧基自由基作为关键中间体，促进了高分子量且疏水性沉淀物的形成。值得注意的是，这些聚合物沉淀物对生菜根部的生物利用性较低，限制了其在植物体内的扩散CRediT作者贡献声明
戴伟：实验研究。钱音：撰写——初稿，实验研究。司友斌：撰写——审稿与编辑。周国宁：实验研究。孙凯：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，监督，方法学设计，资金获取，数据分析，概念构思。刘春霞：实验研究。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（42277019；U25A20805）、安徽省自然科学基金优秀青年项目（2308085Y28）以及安徽省农田退化和污染生态修复创新团队（2025AHGXZK10034）的财政支持。
