塑料污染不仅对生态系统和人类健康构成严重威胁，而且其对生物地球化学循环的影响尚未得到充分理解。稻田作为全球大气中甲烷（CH₄）排放的重要来源之一，尤其值得关注。鉴于农业领域中塑料地膜的广泛使用，了解低密度聚乙烯（LDPE）是否会影响淹水稻田土壤中的产甲烷微生物群落及其功能变得尤为迫切。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。该研究探讨了LDPE纳米塑料（NPs）对溶解性有机碳（DOC）和CH₄产量的影响。研究团队在厌氧条件下，分别对黑土和红壤两种类型的水稻土壤进行了为期160天的培养实验。尽管这两种土壤的微生物群落组成有显著差异，但它们对纳米塑料暴露的响应模式相似：NPs处理导致DOC含量和CH₄净排放量分别最高增加了1.8倍和10.1倍。同时，易降解的溶解性有机物质比例下降，而难降解成分的比例上升。基因分析显示，与复杂碳水化合物和芳香族碳组分降解有关的基因显著富集。研究发现，CH₄净排放量的增加与mcrA基因拷贝数（通过PCR定量）以及宏基因组中产甲烷菌相对于细菌丰度的比值增加显著相关，特别是氢营养型产甲烷途径的富集。在391个宏基因组组装基因组（MAGs）中，Syntrophomonas和Methanocella的相对丰度显著增加，表明NPs处理可能促进了脂肪酸的互养氧化过程。此外，mRNA分析进一步确认Methanosarcinaceae和Methanocellaceae家族是NPs诱导CH₄生成的关键参与者。纳米塑料处理对溶解性有机碳（DOC）和溶解性有机质（DOM）以及甲烷（CH₄）的影响
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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。
宏基因组数据中富集的基因组（MAGs）
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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。
参与编码碳水化合物和芳香族碳组分降解基因的分类学和功能特征
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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。
产甲烷菌和细菌的关系
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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）。
产甲烷微生物群落
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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。
三条产甲烷途径的相对重要性
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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。
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