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多环芳烃（PAHs）污染土壤问题严峻。研究人员通过 32 天微宇宙实验，探究 PAH 污染土壤自净能力。结果显示 PAH 有较高消散率，还发现细菌群落结构变化及降解基因的底物特异性响应。该研究为优化 PAH 污染土壤生物修复提供依据。
在环境的大舞台上，多环芳烃（PAHs）这个 “麻烦分子” 一直困扰着我们。PAHs 凭借着自身的疏水性和难降解性，在土壤中肆意 “扎根”，浓度范围从几 μg kg
?1到数百 mg kg
?1不等。它们不仅严重干扰陆地生态系统，威胁土壤生物和人类健康，还大大限制了土壤的正常使用。尽管各国已经将 PAHs 列为重点管控污染物，但土壤 PAH 污染问题依旧在全球范围内备受关注。
以往的研究大多聚焦于长期、多种 PAH 污染的情况，对比污染土壤和原始土壤。然而，不同结构的 PAHs 理化性质差异很大，土壤细菌群落对它们的反应也各不相同，而且细菌群落结构的变化还会影响细菌间的协作，改变细菌网络的关键节点。同时，携带 PAH 降解基因（PDGs）的细菌是土壤中 PAH 微生物降解的主力军，可之前的研究却很少区分不同的 PAH 降解基因对 PAHs 的响应。
为了揭开这些谜团，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们选择用微宇宙实验的方法，排除野外复杂变量的干扰，精确探究土壤在自净过程中，本土细菌及其携带基因对 PAH 胁迫的响应。研究人员选用了萘（NAP）、菲（PHE）和芘（PYR）这三种典型的 PAHs，将它们添加到农业土壤中，模拟 “新鲜” 的 PAH 污染土壤环境。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先，构建土壤微宇宙模型，设置不同 PAH 类型和浓度梯度。其次，利用 Illumina MiSeq 高通量测序技术，全面分析微生物群落结构和功能的变化。最后，通过定量 PCR 技术，精准检测特定的 PAH 降解基因（nidA、nahAC 和 phe）的表达情况。
PAH 降解动态和 16S rRNA 基因丰度
研究结果显示，不同类型的 PAH 在土壤中的生物降解潜力差异巨大。在实验初期，污染物刚进入土壤时，微生物需要努力适应非生物胁迫。随着胁迫时间的延长，微生物逐渐适应并发挥降解作用。实验数据表明，萘（NAP）、菲（PHE）和芘（PYR）的消散率分别达到了 94.36%、72.60% 和 47.70%，这充分证明了土壤对 PAHs 具有一定的自净能力。
细菌群落结构的变化
通过高通量测序发现，PAH 暴露（10 - 100 mg kg?1）显著改变了细菌群落结构。其中，放线菌门（Actinobacterial）的一些类群，如分枝杆菌属（Mycobacterium）、红球菌属（Rhodococcus）、诺卡氏菌属（Nocardioides）等得到了富集，这些菌属都与 PAH 降解密切相关。同时，PAH 的存在还增强了细菌之间的相互作用，使得细菌群落的生态网络更加复杂。
PAH 降解基因的响应
定量 PCR 结果进一步揭示了底物特异性的基因响应。携带 nahAC 基因的放线菌优先降解萘（NAP）；而在菲（PHE）和芘（PYR）的胁迫下，nidA 和 phe 基因的表达显著上调。这表明不同的 PAH 降解基因对不同的 PAHs 有着特定的响应机制。
研究结论表明，添加萘（NAP）、菲（PHE）和芘（PYR）对土壤细菌群落及其相关功能基因有着明显不同的影响。携带 nahAC 和 nidA 基因的细菌表现出底物特异性，这为理解微生物应对环境胁迫的策略提供了新的视角。该研究还强调了放线菌在 PAH 降解过程中的关键作用，为通过设计和应用微生物群落组装策略来优化 PAH 污染土壤的生物修复提供了重要的理论依据。这一研究成果发表在《Applied Soil Ecology》上，为土壤污染治理领域注入了新的活力，有望推动相关技术的进一步发展，让受 PAH 污染的土壤重焕生机。
