Combined effects of micropollutants and their degradation on prokaryotic communities at the sediment-water interface  

微污染物及其降解對(duì)沉積物-水界面原核生物群落的聯(lián)合影響  

來(lái)源：Scientific Reports  

《科學(xué)報(bào)告》  

 

摘要內(nèi)容  

研究分析了三種微污染物（二甲雙胍、異丙甲草胺、特丁津）單獨(dú)或混合存在時(shí)在沉積物-水界面微宇宙中的消散過(guò)程及其對(duì)原核生物群落的影響。結(jié)果顯示，二甲雙胍和異丙甲草胺在70天內(nèi)完全消散，而特丁津具有持久性；混合污染未顯著改變單一污染物的消散速率。微生物群落結(jié)構(gòu)的變化主要由基質(zhì)（沉積物/水）和時(shí)間驅(qū)動(dòng)，但混合污染中的異丙甲草胺和特丁津?qū)μ囟?lèi)群表現(xiàn)出協(xié)同或拮抗的非加性效應(yīng)。  

 

研究目的  

探討微污染物在沉積物-水界面的消散動(dòng)力學(xué)及其對(duì)原核生物群落的非靶向影響，特別是混合污染物的非加性（協(xié)同或拮抗）效應(yīng)。  

 

研究思路  

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室微宇宙模擬沉積物-水界面環(huán)境。  

 

設(shè)置單一污染物（ONE實(shí)驗(yàn)）和混合污染物（MIX實(shí)驗(yàn)）的暴露組及對(duì)照組（CTRL）。  

 

結(jié)合化學(xué)分析（污染物濃度、轉(zhuǎn)化產(chǎn)物）和16S rRNA基因測(cè)序，評(píng)估污染物消散動(dòng)力學(xué)及微生物群落響應(yīng)。  

 

分析微生物群落的多樣性、組成變化及污染物間的相互作用機(jī)制。  

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及意義  

污染物濃度與半衰期（圖1、表1）：  

 

 

 

二甲雙胍（MFN）在生物條件下降解顯著（半衰期10-14天），而特丁津（TER）持久性強(qiáng)（半衰期53-231天）。  

 

意義：揭示不同污染物的生物降解潛力及混合污染對(duì)消散速率的非顯著影響。  

轉(zhuǎn)化產(chǎn)物（TPs）（圖2）：  

 

 

二甲雙胍生成鳥(niǎo)苷脲（GUA），異丙甲草胺（MET）生成NOA，特丁津生成羥基化/脫乙基產(chǎn)物。  

 

意義：闡明污染物的降解路徑及代謝中間體的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。  

微生物群落多樣性（圖3-7）：  

 

 

 

 

 

 

沉積物群落的多樣性高于水體，且隨時(shí)間顯著下降。  

 

混合污染導(dǎo)致特定類(lèi)群（如Bdellovibrionota）顯著富集，部分類(lèi)群呈現(xiàn)協(xié)同/拮抗響應(yīng)。  

 

意義：揭示污染物對(duì)微生物功能類(lèi)群的選擇性壓力及混合污染的復(fù)雜生態(tài)效應(yīng)。  

環(huán)境參數(shù)：  

 

溶解氧（8 ppm）和pH（8±1）保持穩(wěn)定，總有機(jī)碳（TOC）在生物條件下降解顯著。  

 

意義：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)條件的可控性，并為污染物-微生物相互作用提供環(huán)境背景。  

 

結(jié)論  

二甲雙胍和異丙甲草胺的生物降解主導(dǎo)其消散，而特丁津依賴(lài)非生物過(guò)程。  

 

混合污染未改變單一污染物的消散動(dòng)力學(xué)，但對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非加性效應(yīng)（如Bdellovibrionota的協(xié)同富集）。  

 

基質(zhì)（沉積物/水）和時(shí)間是微生物群落變化的主要驅(qū)動(dòng)因素，污染物暴露通過(guò)間接作用（如氧化應(yīng)激、營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)）影響群落組成。  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的意義  

研究中使用的Unisense非侵入式溶解氧傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微宇宙中的溶解氧濃度（穩(wěn)定在8 ppm）。其意義在于：  

確認(rèn)實(shí)驗(yàn)全程維持氧化條件，排除缺氧對(duì)污染物降解路徑（如厭氧代謝）的干擾。  

 

驗(yàn)證微生物活性與氧消耗的關(guān)聯(lián)性，支持生物降解（如二甲雙胍的快速降解）主要由好氧過(guò)程驅(qū)動(dòng)。  

 

為污染物-微生物相互作用的機(jī)制分析提供關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可控性與可重復(fù)性。