综述：水环境中的有机磷酸酯：存在、去除及其与植物的相互作用

《Journal of Environmental Sciences》：Organophosphate esters in the aquatic environment: Occurrence, removal, and interaction with plants

有机磷酯（OPEs）在水生环境中广泛分布，其浓度范围从ng/L到μg/L不等，对水生植物产生 uptake、代谢转化及多级毒性效应，如生长抑制、光合作用紊乱和氧化应激。需加强OPEs来源、迁移途径及生物修复技术研究。

　　

梁洁峰|姜晓菲|李传杰|冯晓霞|刘晓云|季晓萌|曲光波|刘润增

山东大学环境科学与工程学院环境过程与健康重点实验室，中国青岛市266237

摘要

由于有机磷酸酯（OPEs）在各种工业产品和日常用品中的广泛应用，它们在全球水环境中被广泛检测到，对水生植物构成了潜在威胁。然而，尽管植物在水生生态系统中起着关键作用，但目前尚未有关于OPEs与水生植物相互作用的全面综述。本文详细总结了OPEs的性质、应用、在水环境中的存在情况、吸收、代谢及其对水生植物的毒性作用。OPEs在全球水环境中普遍存在，不同水样的浓度范围为ng/L至μg/L，沉积物样本的浓度范围为ng/g至μg/g。三(2-氯乙基)磷酸酯、三(1-氯-2-丙基)磷酸酯、三(2-丁氧基乙基)磷酸酯和三(2-乙基己基)磷酸酯是各种水环境基质中的常见主要成分。地表水的OPEs含量通常高于地下水和海水。水生植物表现出良好的OPEs吸收能力，有报道显示三(2-氯丙基)磷酸酯的去除效率可高达97.9%。OPEs被水生植物吸收后，会转移到各种组织和器官中，并通过I相和II相代谢过程发生多种转化。水生植物暴露于OPEs后会产生多种毒性反应，包括生长抑制、光合作用受阻、结构完整性受损以及由于复杂调控网络受到干扰而导致的氧化应激。最后，本文指出迫切需要研究传统和新型OPEs在水环境中的来源、传输途径和生物修复方法。

引言

有机磷酸酯（OPEs）是一类含有多种烷基或芳基取代基的磷酸衍生物，被广泛用于阻燃剂、增塑剂和消泡剂等多种工业领域（Li等人，2023c；Ye等人，2021, 2023）。此外，这些化合物也普遍存在于现代消费品中，如建筑材料、家具、塑料、纺织品和电子设备中（Wang等人，2020）。受工业需求增加的驱动，全球OPEs的产量从2001年的18.6万吨增加到2018年的100万吨，增长了5.4倍（Gu等人，2023；Zhu等人，2020）。除了直接生产外，OPEs还可以作为有机亚磷酸酯抗氧化剂的氧化产物生成，而有机亚磷酸酯抗氧化剂在聚合物中广泛使用（Liu等人，2023b）。OPEs的环境流动性源于它们在聚合物基质中的物理结合，而非共价键合，这使得它们在生产、使用和废物处理过程中持续释放（Rodríguez等人，2006；van der Veen和de Boer，2012；Zhao等人，2020）。新兴的毒理学证据表明，暴露于OPEs的生物体会表现出多层次的毒性反应，包括内分泌干扰、发育毒性、神经毒性和免疫系统损伤（Dou和Wang，2023；Huang等人，2025）。这种环境持久性引发了科学界对OPEs生态命运及其生物相互作用（特别是其生物累积模式、代谢转化途径和毒理学机制）的关注。

由于含有OPEs的工业产品的大量生产和使用，许多OPE化合物在全球水环境中被广泛释放和检测到（Pantelaki和Voutsa，2019；Yang等人，2024）。因此，OPEs与水生生物之间的相互作用已成为不可避免的环境问题。作为水生生态系统的基础组成部分，水生植物提供了多种关键功能：光合作用产生的碳固定和氧气生产维持了初级生产力，植物结构为水生动物提供了栖息地，植物在食物网中提供了营养资源。因此，水生植物的存在对于维持生态系统功能至关重要（Chambers等人，2008；O'Hare等人，2018）。由于水生植物能够吸收、转移、代谢和矿化各种有机污染物，它们在生物修复这些污染物方面也发挥着重要作用（Perelo，2010；Zhao等人，2024a）。此外，除了自然水环境外，水培系统中也存在OPE污染问题，因为水培系统中植物是在营养液中培养的。尽管水培系统能有效保持土壤质量并缓解潜在的食物短缺问题，但它增加了植物暴露于水环境中有机污染物的风险（Fernandes等人，2024）。因此，揭示OPEs与水生植物在水环境中的相互作用（包括吸收、转移、代谢过程和不良影响）对于全面了解它们的环境行为和对生物体的潜在风险至关重要。

近年来，OPEs与水生植物之间的相互作用引起了越来越多的关注（图1）。最近的研究表明，水生植物能够有效吸收OPEs并将其转移到其他组织（Gong等人，2020；Wan等人，2017）。随后，这些OPEs可以经历各种生化反应，转化为其他新的化合物（Li等人，2022b）。例如，当Triticum aestivum暴露于八种OPEs后，发现了43种不同的代谢物。这些代谢物是通过脱烷基化、羟基化和葡萄糖醛酸结合等不同作用方式形成的（Wan等人，2017）。值得注意的是，OPEs暴露会对水生植物产生显著的不良影响。据报道，OPEs会干扰植物的生长、光合作用、抗氧化系统和细胞结构完整性。此外，OPEs还会干扰基因和内源性代谢物（Liu等人，2024b；Luo等人，2025；Wang等人，2024d）。因此，由于OPEs在全球水环境中的广泛分布，它们可以以多种方式与植物相互作用，必须考虑其吸收、转移、代谢和毒性。

虽然从不同角度对OPEs的存在、去除和植物相互作用进行了综述（Ai等人，2024；Lao等人，2024b；Yang等人，2024），但仍缺乏专门系统地关注从环境分布到植物吸收、内部转移、代谢转化和最终毒性的完整路径的综述。本文旨在提供这样的全面总结。我们整合并阐明了关于OPEs在水环境中的存在和去除、在植物体内的行为和命运以及它们对水生植物的不良影响的现有知识。系统描述了调节其环境分布的因素、在植物体内的动态及其相关的毒性机制。最后，我们指出了现有的知识空白，并基于这一综合视角提出了未来的研究重点。

OPEs的性质、生产和用途

OPEs具有共同的化学结构（O=P(OR)₃），但其化学性质存在显著差异，这会极大地影响它们在水系统中的环境行为。根据取代基的不同，这些化合物通常被分为烷基OPEs、芳基OPEs和卤代OPEs。附录A 表S1总结了在水环境中常见的OPEs的物理和化学特性，包括化合物名称、CAS编号、分子量、辛醇-水

OPEs在水环境中的存在、分布和生态风险评估

OPEs在人类日常生活中的广泛应用意味着这些化学物质在生产、运输和处置过程中容易释放到水环境中。因此，OPEs在水体、地下水和沉积物样本中被广泛检测到。本节分析了OPEs在全球水环境中的存在和分布，以及影响其存在的关键因素

从水环境中去除OPEs

考虑到OPEs对生物体的潜在毒性，已经开发了许多用于去除水环境中OPEs的新兴技术。这些技术通常分为物理/化学方法和生物修复方法。

水生植物中OPEs的吸收、转移、积累和代谢

水生植物在从周围环境中吸收和代谢有机污染物（包括OPEs）方面发挥着关键作用。这些植物具有吸收多种有机化合物（包括OPEs）的能力。一旦被吸收，OPEs可以转移到植物的各种组织中，并可能经历羟基化、酮化和水解等生化转化，从而形成新的代谢物（Luo等人，

OPEs对水生植物的毒性效应

除了研究OPEs在水生植物中的吸收、转移和代谢外，还有一些研究关注了OPEs对水生植物的不良影响。这些有限的研究表明，OPEs暴露会导致植物出现多种毒性效应，包括生长受阻、光合作用受损、氧化应激、结构损伤以及潜在的分子机制（图4）。定量分析已经

结论与展望

在全球水生态系统中普遍检测到OPEs，这突显了研究其环境行为和生态影响的迫切性。作为新兴污染物，OPEs由于其持久性、生物累积潜力和生态毒性效应而带来重大风险。一个整合环境化学、生态毒理学和植物生理学的多学科框架对于揭示水系统中OPEs的复杂动态至关重要。本文

作者贡献声明

梁洁峰：概念化、数据管理、初稿撰写、审稿与编辑、验证、监督。姜晓菲：初稿撰写、数据管理。李传杰：初稿撰写。冯晓霞：审稿与编辑、验证。刘晓云：初稿撰写。季晓萌：初稿撰写。曲光波：审稿与编辑、验证。刘润增：概念化、数据管理、审稿与编辑、验证、监督。

未引用的参考文献

Shilpa, 2024

作者贡献声明

梁洁峰：审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、数据管理、概念化。姜晓菲：初稿撰写、数据管理。李传杰：初稿撰写。冯晓霞：审稿与编辑、验证。刘晓云：初稿撰写。季晓萌：初稿撰写。曲光波：审稿与编辑。刘润增：审稿与编辑、验证、监督、数据管理、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国国家重点研发计划（编号2023YFC3706602和2024YFA0918804）、国家自然科学基金（编号NSFC 22406111）、山东省自然科学基金（编号ZR2023JQ007和ZR2023QB189）、江苏省自然科学基金（编号BK20240435）以及中国科协青年精英科学家资助计划的支持。