中国农业大学彭静静课题组Microbiome｜稻田纳米塑料污染促进甲烷排放, Methanocella作为主要贡献者

转 自：环境微生物组学

背景： 塑料污染对生态系统和人类健康构成了重大威胁，但其对生物地球化学循环的影响仍然知之甚少。稻田生态系统作为全球大气甲烷 （ CH₄ ） 重要的排放源。鉴于农业塑料地膜在土壤中的广泛使用，迫切需要探明低密度聚乙烯 （ LDPE ） 是否会影响淹水稻田土壤中的产甲烷微生物群落和功能。

2024 年 12 月 20 日，中国农业大学张福锁院士团队彭静静老师课题组在国际权威学术期刊 Microbiome 上发表最新研究成果题为 Increased methane production associated with community shifts towards Methanocella in paddy soils with the presence of nanoplastics 的研究论文。

研究聚焦于 LDPE 纳米塑料（ NPs ）对溶解性有机碳（ DOC ）和 CH₄ 产量的影响。在厌氧条件下，对黑土和红壤两种水稻土壤进行了为期 160 天的培养。尽管两种土壤类型的微生物群组成存在巨大差异，但它们对纳米塑料（ NPs ）的暴露表现出相似的响应。 NPs 处理使 DOC 含量和 CH₄ 净排放通量分别增加了最多 1.8 倍和 10.1 倍。易降解的溶解性有机质比例减少，而其难降解性增加。与复杂碳水化合物和芳香族碳组分降解相关的基因显著富集。 CH₄ 净排放通量的增加与 PCR 定量的 mcrA 基因拷贝数和宏基因组中产甲烷菌与细菌的丰度比增加显著相关。值得注意的是，后者与氢营养型产甲烷途径的富集显著相关。在 391 个宏基因组组装基因组（ MAGs ）中， Syntrophomonas 和 Methanocella 的丰度显著增加，表明 NPs 处理激发了脂肪酸的互营氧化。 mRNA 分析进一步表明 Methanosarcinaceae 和 Methanocellaceae 是 NPs 诱导 CH₄ 产生的关键参与者。

图 1 展示了在黑土和红壤中添加 0.5% 和 5% LDPE 纳米塑料（ NPs ）后， DOC 浓度、 CH₄ 🤫 净排放通量以及 mcrA 基因拷贝数的变化。

图 2 Syntrophomonadaceae 和 Methanocellaceae 相关的 MAGs 的系统发育树以及其在黑土和红壤中相关的 MAGs 在 NPs 处理下宏基因组丰度增加的显著相关性。

图 3 不同处理对黑土和红壤中编码芳香族和复杂碳水化合物降解基因的宏基因组丰度和门水平物种组成的影响。

图 4 展示了实验处理中（ CK 、 0.5% NPs 、 5% NPs ）不同培养时间（ 30 天、 160 天）下产甲烷菌与细菌的宏基因组丰度比在门和科水平的变化（ a ），以及它们与黑土和红壤中甲烷产量的相关性（ b ）。

图 5 展示了不同处理（ CK 、 0.5% NPs 、 5% NPs ）条件下，产甲烷菌群落及其基因组（ MAGs ）在科水平上的宏基因组丰度变化。

图 6 展示了在黑土和红壤中添加 0.5% 和 5% LDPE 纳米塑料（ NPs ）后，培养 30 天和 160 天后三条产甲烷途径的相对丰度变化。

参考文献

更多图形图例、研究内容，推荐 阅读原文 ！

如若侵犯到原作者任何相关利益，请告知删除！ 翻译过程存在不准确或表述不清，以及任何疏漏，欢迎大家后台留言指正。