聚乙烯微塑料与莠去津对土壤及蚯蚓肠道微生物群的复合毒性效应研究

本研究针对土壤中广泛存在的聚乙烯微塑料(MPs)与除草剂莠去津(ATZ)的复合污染问题，通过分析土壤及蚯蚓肠道微生物群落变化，发现MPs与ATZ会显著降低细菌群落多样性，改变功能基因表达，并首次揭示二者协同作用会促进肠道菌群失调标志菌(Verminephrobacter、Aeromonas)增殖。该研究为评估农业复合污染生态风险提供了重要理论依据。

　　

随着塑料农膜和除草剂的广泛使用，聚乙烯微塑料(MPs)和莠去津(ATZ)已成为土壤中典型的复合污染物。据统计，全球每年MPs排放量达1000-4000万吨，而ATZ作为世界第二大除草剂，年使用量超过7000吨。这两种污染物在土壤中长期残留，不仅改变微生物栖息环境，更可能通过蚯蚓等土壤动物的摄食行为进入食物链。然而，现有研究多聚焦单一污染物的生态效应，对二者复合作用的认识仍存在重大空白。

东北林业大学的研究团队在《Applied Soil Ecology》发表的最新研究中，创新性地采用16S rRNA高通量测序技术，系统分析了MPs(211.3 μm)与ATZ单独及复合暴露下，土壤和蚯蚓(Eisenia fetida)肠道微生物群落的结构与功能变化。研究通过设置5组对照实验（空白组S、蚯蚓对照组S-E、ATZ暴露组ATZ-E、MPs暴露组MP-E、复合暴露组ATZ-MP-E），对获得的1,213,142条有效序列进行生物信息学分析，揭示了复合污染的微生物响应机制。

主要技术方法

研究采用激光粒度仪表征MPs粒径分布，通过Illumina平台进行16S rRNA基因V3-V4区测序，使用DADA2流程处理原始数据，以100%相似度聚类获得ASVs（扩增子序列变体）。采用LEfSe分析鉴定差异菌群，PICRUSt2预测功能基因变化。

Variations in gene sequences

测序数据显示，复合暴露组土壤中特异性ASVs占比显著降低（6.42% vs 对照组12.04%），而蚯蚓肠道中ATZ-MP-E组的独有ASVs比例达28.57%，表明污染物组合引发更显著的微生物群落重构。α多样性分析显示，复合暴露使土壤Chao1指数下降19.8%，肠道菌群Shannon指数降低33.6%。

Conclusion

研究首次发现：1) ATZ单独暴露会富集土壤中假单胞菌(Pseudomonas)等ATZ降解菌（相对丰度提升2.1倍），但显著抑制蚯蚓肠道共生菌Verminephrobacter（从5.6%降至1.0%）；2) MPs引入后，肠道菌群失调标志菌Aeromonas丰度激增15.5倍，且与ATZ协同促进拟杆菌门(Bacteroidota)增殖；3) 功能预测表明污染物组合会干扰氮循环相关基因表达，如硝酸盐还原酶(narG)基因丰度下降40.2%。

该研究通过揭示MPs-ATZ复合作用对土壤-蚯蚓微生态系统的级联影响，为农业面源污染治理提供了新的科学依据。特别是发现肠道菌群失调标志菌的异常增殖，暗示复合污染可能通过改变土壤动物微生物组进而影响整个陆地生态系统的健康。研究采用的机器学习辅助污染物分析方法，也为未来环境微生物组研究提供了技术参考。