根际磷活化驱动三(2-氯乙基)磷酸酯的微生物降解

《Journal of Hazardous Materials》：Rhizospheric Phosphorus Activation Drives Microbial Degradation of Tris(2-chloroethyl) Phosphate

　　雷鸟草增加了TCEP（三(2-氯乙基)磷酸酯）降解菌的丰度。方向性选择发生在根际的TCEP降解菌中。雷鸟草的溶磷作用塑造了TCEP降解微生物群落。雷鸟草改变了根际中TCEP降解菌的共现关系。引言有机磷酯类（OPEs）作为阻燃剂和增塑剂被广泛使用，通常被添加到家具、电子元件和纺织品等消费品中[1]。由于OPEs是通过物理混合而非化学键合方式与产品结合，在产品使用和处置过程中，它们会通过挥发、磨损和磨损等方式持续释放到环境中[2]。这种持续的释放引起了人们的严重关注，因为暴露于OPEs可能对人类健康产生不良影响，包括生殖毒性、发育迟缓、致敏作用和神经发育受损[3]。因此，OPEs的环境归趋——特别是控制其持久性和浓度的降解过程——已成为环境研究的焦点。微生物降解是从环境中消除各种有机污染物（包括有机磷酯类）的关键途径之一。植物根际以其微生物丰度高和代谢活性强为特征，是微生物驱动过程的功能热点。先前的研究表明，植物根际可以有效增强多种有机污染物的微生物降解，如多环芳烃（PAHs）[4]、多氯联苯（PCBs）[5]、敌草净[6]和二(2-乙基己基)邻苯二甲酸酯[7]。然而，尽管人们对植物对OPEs的吸收、转运和转化越来越感兴趣[8]、[9]，但关于植物在促进OPEs根际驱动微生物降解中作用的研究相对较少。据我们所知，只有Yu等人利用高通量测序技术探索了这一领域。他们的发现表明，根际活性微生物群落拥有更高丰度的OPE降解基因，并产生多种与OPE降解相关的新代谢产物[10]、[11]。然而，这些研究主要集中在整体微生物群落特征上，并未直接针对OPE降解微生物或量化其功能贡献。DNA稳定同位素示踪（DNA-SIP）技术的应用为直接鉴定参与OPE降解的活性微生物提供了一种强有力的方法[12]。通过针对这些功能相关微生物，我们可以进一步研究根际微环境如何调控OPEs的微生物降解机制。微生物可以通过多种生化途径代谢OPEs，包括氧化、水解、取代和还原反应[13]、[14]、[15]、[16]。其中，磷酸酯键的水解被认为是关键反应，因为它破坏了OPEs的分子骨架，促进其分解。该过程产生的无机磷酸盐可被生物体作为重要营养物质利用。Vila-Costa等人报告指出，尽管OPEs通常不是微生物群落的首选磷源，但在缺磷条件下，OPE水解释放的磷酸盐可作为补充磷源来维持微生物的生长和代谢[17]。这些发现表明，微生物对OPEs的降解可能受到环境磷饥饿的调控。此外，植物在生长过程中需要大量磷，并具备通过复杂的生物化学和生理机制主动调控根际磷循环过程的能力[18]。基于此，可以假设，除了已建立的传统机制（如提供根系分泌物作为微生物营养物质[19]和改变微生物网络结构[20]）之外，植物还可能通过影响根际磷动态来调控微生物对OPEs的降解。然而，支持这一假设的直接证据仍然有限。在本研究中，我们选择了三(2-氯乙基)磷酸酯（TCEP）——一种具有高环境持久性、广泛检测频率和显著生态毒理学风险的有机磷酯类化合物——作为代表性目标化合物。选用雷鸟草（*Lolium perenne*）——一种常用于植物修复研究的模式植物——作为模式植物。我们利用DNA-SIP在根际和非根际土壤中都鉴定出活性TCEP降解微生物，然后研究了植物根际如何影响这些降解微生物的组成、多样性和功能基因，并特别关注磷调控的作用。本研究有望揭示植物通过营养驱动相互作用促进根际介导的有机污染物微生物降解的一种此前未被认识的机制。章节摘要土壤样品采集与实验设置表层土壤样品（0-20 cm深度）采集自中国广东省广州市的农田（北纬23°16′39″，东经113°36′47″）。土壤在实验室室温下风干后，去除植物残体和大石块。将土壤均质化并通过2 mm筛。土壤的相关理化性质见表S1。采用根排斥装置按照Thomas等人[20]描述的方法建立了DNA-SIP微宇宙系统。TCEP消散与根际酸化在15天的培养后，灭菌土壤中约7.14%的TCEP发生消散。相比之下，未灭菌的非根际土壤中降解了40.8%的TCEP，微生物活性占TCEP降解的33.7%（图S2）。在根际土壤中，TCEP消散率达到78.9%，比非根际土壤（40.8%）高出38.1个百分点，相对增幅为93.4%（图S2）。值得注意的是，在水培实验中，植物……讨论在本研究中，我们的结果表明，在15天的培养期间，根际土壤中TCEP的去除率比非根际对照组增加了38.1%。此外，植物组织吸收和积累的TCEP总量小于4.37 μg，占总TCEP量的不到1.71%。这与我们此前的发现一致，即植物吸收和转运量占土壤OPEs总量的不到1%[25]，有力地……CRediT作者贡献声明**江龙飞：** 撰写—初稿、方法学、调查、数据整理、概念化。**李继兵：** 撰写—审阅与编辑。**徐嘉莉：** 调查、数据整理。**罗春玲：** 撰写—审阅与编辑、资源、项目管理、资金获取。**王宇航：** 撰写—审阅与编辑。生成式AI及AI辅助技术在写作过程中的声明在准备本文的过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）来协助英语翻译并提高论文的语言和可读性。在使用该工具后，作者对所编辑的内容进行了审查和修改，并对已发表文章的内容承担全部责任。利益冲突声明作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。致谢本研究得到了国家自然科学基金（42625707，42577268，42107276）的资助。江龙飞|徐嘉莉|李继兵|罗春玲|王宇航