多环芳烃（PAHs）作为全球性高致癌污染物，年均排放量逾52万吨，主要源于化石燃料不完全燃烧及废弃物焚烧。其高疏水性（log Kow=4.7-6.3）导致90%的PAHs富集于土壤表层（0-20 cm）与淡水系统，进而通过脂质介导的根系吸附在农作物中累积。其中叶菜类生物浓缩系数（BCFs）高达6.2，显著威胁粮食安全与人体健康。现有研究证实植物通过根系吸收与叶片吸附双途径摄入PAHs，但污染物在维管组织中的转运机制及其组织特异性分布规律尚未明晰。

PAHs及其代谢物通过破坏膜透性、酶活平衡及ROS动态，诱发氧化损伤（表现为脂质过氧化、蛋白质羰基化）。其中光合系统II（PSII）对PAHs胁迫尤为敏感，其放氧复合体功能受损直接影响光解水及电子传递。当前研究对PAHs在植物体内的行为机制存在显著盲区：传统疏水性驱动模型难以解释污染物在根皮层薄壁组织与维管柱的选择性累积现象；过氧化物酶介导的PAHs开环降解过程因极性中间体难以捕获，导致代谢路径解析不全；更关键的是，PAHs引发的氧化损伤（如ROS爆发致脂质过氧化）与光合抑制（PSII电子传递链受损）之间缺乏代谢层面的关联证据，致使早期生物标志物开发受阻。

针对上述瓶颈，本研究以长庆油田污染区优势植物苜蓿为模型，聚焦典型低分子量PAHs（菲、芘）：通过荧光探针标记-激光共聚焦显微技术首次可视化根系表皮与维管束的区隔化累积特征；结合非靶向代谢组学追踪羟基化及开环降解产物，解析内源代谢转化网络；同步监测抗氧化酶活性、光合参数与解毒代谢物动态，揭示氧化应激-光抑制-代谢重编程的级联调控机制，为石油污染土壤精准修复提供新范式。

相关研究成果以Compartmentalization and Metabolic Reprogramming in Alfalfa Roots under Phenanthrene-Pyrene Coexposure: Mechanistic Links to Oxidative Stress and Photosynthetic Impairment为题发表在环境科学领域主流期刊Environmental Pollution（IF=7.6）。博士后原陇苗为论文第一作者，吴应琴正高级工程师为通讯作者。该研究获国家自然科学基金（41272147，42072180）、中国博士后科学基金（2024M753471）、甘肃省油气资源研究重点实验室和自然资源部黄河上游战略性矿产资源重点实验室等支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2025.126580

图片摘要：

图1紫花苜蓿吸收转运PAHs的机制图

图2 紫花苜蓿根渗出物中不同代谢物的热图分析