Impact of arsenic and PAHs compound contamination on microorganisms in coking sites: From a community to individual perspective
焦化场地砷和多环芳烃复合污染对微生物的影响：从群落到个体的视角
期刊：Environmental Pollution
影响因子（5年）：8.3
DOI：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.124628
文章摘要
砷和多环芳烃具有剧毒、致癌和致畸作用，在焦化厂等工业场地土壤中普遍存在，对土壤微生物产生胁迫，但其复合效应尚未得到系统研究。本研究选取了某焦化场地分别受到As、PAHs和复合污染的0~100 cm深度土壤样品，通过高通量测序、宏基因组测序和基因组组装相结合的方法，研究了As和PAHs对微生物群落的复合影响。与单一污染相比，复合污染使微生物群落多样性降低了10.68%–12.07%，群落丰富度降低了8.39%–18.61%。复合污染使微生物PAHs代谢基因丰度下降32.41%–46.02%，细胞膜转运基因丰度下降11.36%–19.25%，细胞运动基因丰度下降12.62%–57.77%。作为复合污染土壤的指示物种，Xanthobacteraceae具备砷还原基因和萘、苯并[a]芘、芴、蒽和菲等PAHs降解途径。其广泛的代谢能力，包括硫代谢和群体感应，有助于获取能量和营养，从而在复合污染环境中占据生态位优势。本研究强调了As和PAHs对微生物群落组成和功能的影响，为复合污染场地修复提供了科学参考。
摘要图
主要内容
焦化场地复合污染区域土壤总砷浓度为27.13～91.41 mg/kg，其中As(V)占总砷的88.75%～93.82%，PAHs浓度为3.80～27.44 mg/kg。浓度最高的PAH单体为荧蒽，浓度范围为0.70 mg/kg至4.87 mg/kg（图1）。
2.复合污染简化土壤微生物群落
砷污染区域土壤、多环芳烃污染区域土壤和复合污染区域土壤中微生物群落结构存在显著差异。对以Shannon指数和Chao1指数表征的微生物群落多样性与丰富度进行分析发现，相对于砷单一污染，复合污染降低了10.68%的群落多样性，降低了8.39%的群落丰富度；相对于多环芳烃单一污染，复合污染降低了12.07%的群落多样性，降低了18.61%的群落丰富度（图2）。
图3.焦化场地单一污染土壤和复合污染土壤中关键功能基因的丰度
LEfSe分析表明Xanthobacteraceae可作为复合污染土壤的最佳指示物种。通过Binning成功获得了Xanthobacteraceae基因组，其完整度为95.8%，污染度为6.27。Xanthobacteraceae基因组中含有arsT胞内砷还原相关基因，以及针对萘、苯并[a]芘、芴、蒽、菲5种多环芳烃的降解代谢基因，表明Xanthobacteraceae具备砷代谢和多环芳烃降解潜能（图4）。Xanthobacteraceae基因组中包含群体感应、硫代谢、鞭毛组装和趋化运动相关基因，这些多样化的代谢潜能有助于其在复合污染场地中获取能量和营养物质，适应环境并取得生态位优势。
图4. Xanthobacteraceae代谢通路
总结
本文从群落和物种等不同尺度探讨了砷和多环芳烃复合污染对土壤微生物的影响。与单一污染相比，复合污染降低了微生物群落的多样性和丰富度，破坏了微生物群落的关键功能。Xanthobacteraceae被鉴定为能够代谢复合污染土壤中砷和各种多环芳烃的功能微生物。这一来自工业污染场地实地调查的结果扩展了对复合污染环境影响的认识，并为复合污染土壤的生物修复提供了候选菌株。未来的研究应包括具有不同环境条件的多种工业场地。此外，深入研究微生物对复合污染响应的分子机制有助于促进高效生物修复方法的开发。
第一作者简介
第一作者：周猛，浙江大学2019级博士生，研究方向为土壤复合污染微生物修复。共发表SCI论文10篇，其中以第一作者发表SCI论文4篇，以第二作者（导师一作）授权国家发明专利1项，实用新型专利1项，申请国际发明专利1项。
作者：周猛 审核：胡宝兰
作者单位：浙江大学环境生态研究所
来源|浙江大学环境微生物课题组
本文编辑|周猛
责任编辑|朱林
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