植物“拆弹专家”：《Science》报道突变的植物可降解TNT炸药

大名鼎鼎的TNT（2,4,6-三硝基甲苯）是一种标准的烈性炸药，在全世界的军队和建筑公司广泛使用。但是，因为其难以降解，TNT也是一种有害的污染物，而且正是因为其使用极其广泛，它也是一种全球性的污染物，在工厂废料场、矿山、现在和以前的冲突地区和军事用地都造成了严重的污染。除了被美国环保机构列为C类致癌物，TNT还对所有生物都有毒性作用：在动物中，引起肝炎、贫血、骨髓增生和白内障；在土壤中，严重影响微生物多样性和植被建立；在植物中，大多数的TNT保持在根部，使生长发育受到抑制，从而使生物质整体降低。总之，这种危险的化合物即使不被引爆，对其接触的生物而言，危害都不亚于真正的炸弹。

图片来源：电影《The Hurt Locker》

拆除这种针对生物的“炸弹”，最有效的办法也许是利用生物本身。有些植物就可以通过自然的生物过程有限度地除去TNT的毒性，所以科学家们试图从这个方向入手，找到利用植物这种经济而又环保的最有效方法。

最近，英国约克大学的Neil Bruce教授及其研究团队，发现一种突变的拟南芥能够在高浓度TNT炸药污染的土壤中茁壮成长。为了这一发现，这个团队通过常规育种方法，筛选了成千上万种拟南芥突变植株。而且，Bruce团队还确定了TNT在植物中产生毒性的机理。

拟南芥。图片来源：blog.sina.com.cn

该团队本来预计这种突变体可能含有能分解TNT的酶，但他们惊讶地发现，其实这种突变植物其实是缺乏一个特定的酶——单脱氢抗坏血酸还原酶6（MDHAR6）。这种酶与回收维生素C的生物机制相关，存在于细胞的“能量工厂”——线粒体中。

图片来源：www.rsc.org

该研究团队将MDHAR6基因植入大肠杆菌，大量制备这种酶，纯化随后测定其对TNT的作用。“我们观察到，此酶会还原TNT上的一个硝基，以产生一个硝基自由基，接着这个硝基自由基又与空气中的氧气发生反应，会产生能损害细胞结构的反应性毒性氧化合物，”Bruce说。其结果就是线粒体被废掉，这对植物是致命的。

因为还有其它酶可以代替此酶的维生素C回收作用，所以缺乏这种酶对植物并没有什么损害。

这一发现表明，缺乏这种酶的植物株可以用来吸收受污染场地的TNT，并储存在它们的根部，从而有效地从环境中清除TNT。这种策略被称为植物修复。此外，因为MDHAR6只存在于植物细胞中，那么就有可能设计出类似TNT的化合物（但没有它的环境毒性）充当除草剂。

美国爱荷华大学的环境健康专家Jerald Schnoor说，这项工作是非常重要的，“转基因的植物，如转基因柳枝稷，可用于清理污染区域，”他说。“世界各地还有数以百万公顷的被污染的土地，那里有化学物质残余，如TNT和RDX（另一种炸药）。该文章显示，突变后的植物降解TNT的速度至少和正常植株一样快，而且不会中毒。”

1. http://www.sciencemag.org/content/349/6252/1072

2. http://www.rsc.org/chemistryworld/2015/09/mutant-arabidopsis-plant-clean-explosives-tnt-phytoremediation