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在工业化快速发展的当下，全氟烷基物质（PFASs）污染问题日益凸显。研究人员针对珠江口开展 PFASs 对微生物群落及关键代谢通路影响的研究。结果发现不同生境中 PFASs 分布不同，对微生物影响各异。该研究为理解 PFASs 生态作用提供依据。
随着现代工业的蓬勃发展，全氟烷基物质（PFASs）在众多领域广泛应用，从灭火泡沫到食品包装材料，再到各类表面活性剂，PFASs 似乎无处不在。然而，这种广泛应用带来了严峻的环境问题。PFASs 凭借其稳定的碳 - 氟（C - F）键，在环境中极难降解，就像一个个顽固的 “小卫士”，守护着自身不被轻易分解。它们在环境中的长期存在，不仅导致其浓度在不同区域呈现出显著差异，还对生态系统产生了潜在威胁。
过往研究虽然已经揭示了 PFASs 对微生物群落的一些影响，但仍存在诸多空白。多数研究集中在实验室环境，对自然条件下 PFASs 与微生物群落的关系知之甚少。而且，研究往往忽略了 PFASs 不同功能基团的差异，对于 PFASs 影响微生物群落和关键代谢通路的具体机制，无论是直接作用还是间接作用，都尚不明确。这些知识缺口严重阻碍了微生物降解技术在实际环境中的应用。
珠江口，地处粤港澳大湾区，是全球经济发展最为迅速的地区之一。这里工业发达，人口密集，众多 PFASs 相关产业不断向环境中排放 PFASs。同时，珠江口复杂的地理和物理特征，如显著的盐度梯度变化，进一步增加了研究其 PFASs 污染问题的难度和重要性。在这样的背景下，研究人员迫切需要深入了解珠江口 PFASs 的污染状况，以及其对微生物群落和关键代谢通路的影响。
为此，来自国内的研究人员针对珠江口展开了深入研究。他们旨在探究 PFASs 在珠江口的污染现状，以及其对自然河口条件下微生物群落和关键代谢通路的影响。研究人员选取了 10 种具有代表性的 PFAS 化合物，包括全氟羧酸（PFCAs）和全氟磺酸（PFSAs）。
研究人员采用了多种关键技术方法。在样品采集方面，于 2021 年 10 月在珠江口 27 个采样点系统收集了地表水、底水和沉积物样本。化学分析时，利用固相微萃取（SPME）结合氟共价有机框架（F - TpPa）材料对水样中的 PFASs 进行提取，沉积物样本则经冷冻干燥、索氏提取等处理后进行分析。微生物分析上，提取微生物 DNA，扩增 16S rRNA 基因的 V3 - V4 高变区并测序，运用多种生物信息学分析方法，如 α - 和 β - 多样性分析、相关性分析、构建共现网络等，还通过部分最小二乘法路径模型（PLS - PM）探究 PFASs、环境因素和特征属对关键代谢通路的影响。
研究结果
- PFASs 在珠江口的分布和浓度：珠江口地表水中总 PFASs（ΣPFASs）浓度范围为 52 - 127 ng/L，不同区域优势污染物不同，且短链烷基 PFASs 浓度较高。底水 ΣPFASs 浓度为 55 - 108 ng/L，不同 PFASs 同系物迁移速率不同。沉积物中 ΣPFASs 浓度在 2 - 70 μg/kg 干重之间，Qi’ao 岛附近浓度最高，且沉积物中检测到更多 PFASs 同系物和长链 PFASs。
- 微生物群落组成、结构和组装过程：水和沉积物样本的微生物组成和丰度差异显著，水样本的群落多样性和丰富度低于沉积物。不同污染程度水体和沉积物的微生物网络呈现 “小世界” 拓扑结构和模块化特征，不同生境中存在不同数量的关键物种。群落组装过程中，水和沉积物均以随机过程为主，但水的均质扩散和扩散限制比例更高，沉积物的环境选择作用更显著。
- PFASs 污染、环境因素和细菌群落之间的关联：水体中理化性质、营养浓度与 PFASs 相关性较弱，沉积物中深度、温度与多数 PFASs 正相关，营养指标与 PFASs 呈不同程度负相关。水体中细菌群落与 PFNA、DOC 等多种变量相关性强，沉积物中则主要受盐度等少数变量影响。
研究结论与讨论
研究发现不同生境中 PFASs 污染与微生物群落的关系不同。在高 PFASs 污染水体中，分枝杆菌（Mycobacterium）和 OM43 进化枝（OM43 clade）等关键物种参与 PFASs 降解和碳代谢；低污染水体中关键物种主要参与有机化合物降解和硝酸盐 / 亚硝酸盐还原。沉积物中的关键物种则具有抗 PFASs 或作为生物标志物等功能。而且，PFCA 和 PFSA 对微生物群落的影响机制不同，这与它们的功能基团和 C - F 键解离能有关。
在代谢通路方面，PFASs 对碳、氮、磷代谢通路有显著影响。在沉积物中，PFCA 通过影响特征属间接影响代谢通路，对碳、氮循环有负面影响，对磷循环有正面影响；PFSA 对代谢循环主要有正面影响，且在水和沉积物中的影响存在差异。环境因素对代谢通路的影响在水和沉积物中也不同，水体更易受环境压力影响。
这项研究意义重大，它揭示了珠江口 PFASs 污染与微生物群落及关键代谢通路之间的复杂关系，为理解 PFASs 在受人类影响的河口环境中的生态作用和相互作用模式提供了重要依据。研究结果强调了在研究 PFASs 环境行为和生物毒性时，考虑功能基团的重要性，也为 PFASs 生物修复技术的发展提供了方向，提醒人们在实际应用中要充分考虑不同环境介质的差异。
