六氯丁二烯污染通过调控氨氧化微生物群落抑制土壤氨氧化过程的机制研究

本研究针对持久性有机污染物六氯丁二烯（HCBD）对土壤氮循环关键过程的影响展开深入探究。通过30天微观控制实验，系统揭示了HCBD通过显著抑制氨氧化古菌（AOA）和细菌（AOB）的amoA基因丰度及群落多样性，进而干扰土壤氨氧化过程的机制。研究发现AOA对HCBD的敏感性高于AOB，且HCBD与NH4 + -N是影响AOA群落的关键环境因子。该成果为评估HCBD污染土壤的生态风险提供了理论依据，发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》。

　　

研究背景与意义
氮循环是地球生物化学循环的核心环节，其中氨氧化过程（NH₄
⁺
→NO₂
^-
）作为限速步骤，直接影响生态系统的氮素平衡。六氯丁二烯（HCBD）作为《斯德哥尔摩公约》管控的持久性有机污染物，因其高毒性、难降解性在土壤中持续累积，但其对氮循环微生物的生态毒理效应尚未明确。武汉轻工大学的研究团队首次揭示了HCBD通过干扰氨氧化微生物（AOA和AOB）功能与群落结构，进而破坏土壤氨氧化过程的分子机制，相关成果为HCBD污染土壤的修复提供了科学依据。

关键技术方法
研究采用30天微观控制实验，设置100 mg/kg（低剂量组）和200 mg/kg（高剂量组）HCBD处理土壤。通过气相色谱-质谱（GC-MS）监测HCBD残留量，qPCR定量氨氧化微生物功能基因amoA拷贝数，高通量测序分析群落结构，并结合冗余分析（RDA）解析环境因子与微生物群落的关联性。

研究结果

1. 氨氧化指标变化：高剂量HCBD处理6天后显著抑制NH₄
   ⁺
   -N转化，导致其浓度骤增90.14%，同时NO₂
   ^-
   -N下降90.41%，表明氨氧化过程受阻。

2. 功能基因动态：AOB的amoA基因在早期（0-6天）显著降低20.29%，而AOA在后期（6-30天）减少33.4%，揭示二者对HCBD的响应时序差异。

3. 群落多样性：HCBD使AOA的Sobs指数从34.5降至23.0（p<0.05），但对AOB多样性无显著影响，证实AOA对环境胁迫更敏感。

4. 关键物种关联：AOA优势菌群Thaumarchaeota与HCBD呈强负相关（r=-0.66），而AOB的norank_d__Bacteria与HCBD正相关（r=0.53），暗示污染物可能选择性富集耐性菌株。

5. 环境因子驱动：RDA分析显示HCBD和NH₄
   ⁺
   -N主导AOA群落变异，而AOB主要受pH和NH₄
   ⁺
   -N调控。

结论与展望
该研究证实HCBD通过竞争氨单加氧酶（AMO）活性位点，抑制AOA功能基因表达并降低Thaumarchaeota丰度，最终导致土壤氨氧化效率下降。这一发现不仅拓展了POPs生态毒理学的认知边界，也为土壤HCBD污染的风险评估提供了微生物学标志物。未来需进一步解析AOA/AOB代谢通路的分子响应机制，以开发针对性的生物修复策略。