Distribution and response of electroactive microorganisms to freshwater river pollution  

電活性微生物在淡水河流污染中的分布與響應(yīng)  

來(lái)源：Environmental Pollution, 361 (2024) 124814

《環(huán)境污染》，第361卷，2024年，文章編號(hào)124814

 

摘要內(nèi)容：  

本研究通過(guò)分析中國(guó)珠江三角洲8條河流160個(gè)沉積物樣本，揭示了電活性微生物（EAMs）在污染沉積物中的分布規(guī)律及其對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：  

污染沉積物中EAMs群落組成（59個(gè)屬）隨水質(zhì)和沉積深度變化而顯著改變；  

 

與清潔沉積物相比，污染環(huán)境中EAMs相對(duì)豐度增加4.5%，其中Geobacter和電纜細(xì)菌豐度分別提升45倍和17倍；  

 

污染沉積物中電纜細(xì)菌豐度隨深度增加而降低，而L. varians GY32則呈現(xiàn)相反趨勢(shì)；  

 

EAMs與絲狀微生物（FMs）存在顯著正相關(guān)性，且在污染環(huán)境中互作更強(qiáng)。  

 

研究目的：  

探究淡水河流污染如何影響EAMs的多樣性分布、功能潛力及環(huán)境適應(yīng)性，為利用EAMs進(jìn)行生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)。  

 

研究思路：  

基于水質(zhì)指數(shù)（WQI）將8條河流分為清潔組（S_III）和污染組（S_VI）  

 

采集不同深度（0-10cm分層）沉積物樣本  

 

結(jié)合丹麥Unisense微電極原位測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室分析  

 

通過(guò)16S rRNA高通量測(cè)序和qPCR量化EAMs  

 

整合環(huán)境因子與微生物功能預(yù)測(cè)分析驅(qū)動(dòng)機(jī)制  

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及來(lái)源：  

環(huán)境參數(shù)（圖1-2）  

 

 

水質(zhì)指標(biāo)：DO, BOD, NO??, PO?3?, pH（Unisense微電極測(cè)量）  

 

沉積物特性：酸揮發(fā)性硫化物（AVS）、總鐵（TFe）、SO?2?  

微生物數(shù)據(jù)（圖3）  

 

EAMs群落組成（59屬）  

 

Geobacter/電纜細(xì)菌/L. varians GY32的qPCR定量  

功能潛力（圖4）  

 

氮/硫/碳循環(huán)相關(guān)基因預(yù)測(cè)（PICRUSt2）  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的科研意義：  

使用Unisense微電極系統(tǒng)原位獲取高分辨率環(huán)境參數(shù)（O?, pH, EP剖面），其意義在于：  

揭示污染沉積物中溶解氧滲透深度顯著變淺（1.25mm vs 清潔組5.5mm，圖1b），這直接限定了好氧/厭氧微生物的生存空間；  

 

檢測(cè)到污染沉積物更強(qiáng)的電勢(shì)梯度（圖1d），證明"生物地球電池"效應(yīng)為EAMs電子傳遞提供驅(qū)動(dòng)力；  

 

pH垂直剖面（圖1c）顯示污染環(huán)境堿性增強(qiáng)（pH 8.06 vs 清潔組7.24），影響硫化物化學(xué)形態(tài)及微生物代謝途徑；  

 

原位電位（EP）與AVS的負(fù)相關(guān)性（圖5c）證實(shí)電化學(xué)條件是調(diào)控EAMs分布的關(guān)鍵因子。  

 

結(jié)論：  

污染環(huán)境選擇特異性EAMs群落，其豐度與高AVS、低DO、高NO??正相關(guān)  

 

不同類(lèi)型EAMs呈現(xiàn)分層分布：  

 

電纜細(xì)菌在表層富集（需氧代謝）  

 

Geobacter全深度分布（厭氧適應(yīng)性）  

 

L. varians GY32獨(dú)存于污染沉積物底層  

EAMs與絲狀微生物協(xié)同增強(qiáng)，形成污染環(huán)境生物修復(fù)網(wǎng)絡(luò)  

 

通過(guò)調(diào)控環(huán)境因子（如氧滲透深度、電勢(shì)梯度）可優(yōu)化EAMs生態(tài)功能