186 / 2023-10-25 17:05:11

微塑料对水体碳循环功能微生物影响机制研究

微塑料，碳循环，功能微生物

塑料具有出色的延展性、耐用性和经济性，被广泛应用在日常生活和工业生产中，但易形成直径小于5 mm的微塑料，通过饮水摄食、吸入和皮肤接触等方式进入生物体，具有富集效应，产生毒性影响。水中微塑料是有机质的重要富集载体，会显著影响水体中微生物的组成与分布，也会造成人体健康风险，相关研究已经成为当前的前沿热点问题。本研究开发了“稳定同位素标记-单细胞拉曼光谱”联用技术，以¹³C标记NaHCO₃为底物，研究了微塑料类型（聚丙烯、聚苯乙烯和聚乙烯）对伊通河长春市段河道水体中微生物群落结构和碳循环关键功能微生物的影响。结果表明，微塑料可以提高水体NH₄-N含量（由7.16±0.36 mg/L升高至16.94±3.67 mg/L），对其他理化指标影响不显著。微塑料对水体微生物群落结构影响较小，主要变现为Cyanobium PCC-6307、Burkholderiacea和Candidadus Aquirestis丰度降低；微塑料类型对特定微生物丰度具有一定影响，例如，聚丙烯微塑料提高Limnothrix丰度（0.07%升高至9.12%），聚乙烯微塑料提高Xanthomonadales丰度（0.67%升高至5.98%）。微塑料对水体中碳循环功能微生物群落组成影响显著，主要表现为微生物丰度提高、优势种属改变和碳循环路径变化。其中，碳循环功能微生物丰度由16.91%最多增加至34.29%（聚苯乙烯微塑料），种类由15种最多增加至26种（聚苯乙烯微塑料）。在主要的碳循环通路中，微塑料显著提高了卡尔文循环（聚丙烯和聚苯乙烯微塑料）、三羧酸循环（聚丙烯、聚苯乙烯和聚乙烯微塑料）及3-羟基丙酸循环（聚丙烯、聚苯乙烯和聚乙烯微塑料）通路强度。相关影响机制主要与微塑料生态位形成和密度相关：微塑料通过表面富集有机质形成新的生态位点，促进了三羧酸循环及3-羟基丙酸循环；聚乙烯微塑料因密度较小浮于水面，阻碍了光合作用和卡尔文循环。本研究结论填补了微塑料对水体功能微生物影响研究的空白，拓展了对于微塑料生态风险的认识，提出了微塑料可能加速水体富营养化的可能机制，为进一步管控微塑料污染和保障饮水安全具有重要的意义。