首次！野外实验让转基因植物修复因军用炸药RDX污染的土壤

RDX是二战期间由英国研制成功，其威力是TNT的1.5倍。黑索金（Hexogen，通用符号RDX），化学名为环三亚甲基三硝胺，又名为旋风炸药。化学式为C3H6N6O6，遇明火、高温、震动、撞击、磨擦能引起燃烧爆炸，是一种爆炸力极强大的烈性炸药，比TNT猛烈1.5倍。但是RDX是一种危险的污染物，会渗入到土壤和饮用水中。20世纪80年代，美国进行了一系列到长期试验，表明RDX会使小鼠致癌。其中在炸弹制造厂和测试范围内，RDX蔓延到土壤和地下水中。如何修复因RDX污染的土壤和水，至今都缺乏经济有效且可持续的解决方案。

2021年5月，Nature Biotechnology杂志在线发表了来自Neil C.Bruce等人题为“Field trial demonstrating phytoremediation of themilitary explosive RDX by XplA/XplB-expressingswitchgrass”的研究论文，该研究在柳枝稷植物中表达两个RDX降解酶基因XplA/XplB，并在三个军事场所地点进行了三年野外试验，其结果显示表达XplA/XplB的柳枝稷是能有效修复因RDX污染的土壤，可防止军事范围内的地下水受到污染。

传统对RDX污染的土壤补救方法，例如填埋、焚化或高级氧化，更适合清理时间短（<3年）且总成本相对较低的小规模和高污染地区。据美国国防部估计仅使用当前可用的方法进行有效范围的修复，将花费160亿至1650亿美元之间。为了应对这一修复挑战，必须对新颖，具有成本效益的技术进行测试。

该课题组之前研究报道从土壤中分离出了具有降解RDX能力的细菌Rhodococcus rhodochrous 11Y，然后通过筛选得到负责RDX降解的两个酶xplA和xplB，其分别编码的独特VI类细胞色素P450 XplA和伴随的黄素氧还蛋白还原酶XplB。XplA/XplB系统在有氧条件下催化RDX的还原脱硝反应，形成4-硝基-2,4-二氮杂丁醛（NDAB），在无氧条件下形成亚甲基二乙胺（MEDINA）。尽管MEDINA转化为甲醛和一氧化二氮（可在土壤中矿化的产品），但从受RDX污染的土壤中检测到有氧产物NDAB。之后，基于实验室土壤的研究中证明了转化XplA/XplB的拟南芥植物能够从土壤渗滤液除去RDX，并分解为惰性的天然植物代谢产物，然后将其掺入植物中，而无需收获植物即可从现场去除污染的物质。

该研究为了将RDX降解技术转化为野外真正能作用，将包含xplA和xplB的载体转化到柳枝稷植物中，然后将这些植物种植在美国军事基地的RDX污染土壤中。之后对土壤的实验研究表明，表达XplA / XplB的柳枝稷比未转化的植物能够更快地从土壤渗滤液中去除RDX。野生型植物最初能够阻止RDX的浸出。但是，由于RDX在叶片中积累，吸收下降，表明植物已被RDX饱和。此外，野生型植物每克组织积累的RDX高达0.058 mg，但在表达XplA/XplB的品系中未检测到RDX。