2021-04-26
期刊：《Journal of Hazardous Materials》
影響因子：9.038
最近，派森諾與云南大學合作，在《Journal of Hazardous Materials》（影響因子9.038）上發表論文，對“聚酯超細纖維和天然有機物影響粘質土壤中的微生物群落、碳降解酶和碳積累過程”進行了詳細的論述。文章分別對聚酯超細纖維表面和土壤中的微生物組進行多樣性組成譜分析，并測定土壤中酶活性和碳含量，再進行關聯分析，從而發現菌群與土壤酶活性的關系。
那么，這項研究是如何獲得期刊青睞的呢？我們一起來康康哦~
有研究結果表明，由于土壤、微塑料和孵化等條件的不同，人們觀察到微塑料對土壤酶活性的影響存在相互矛盾的結果。另外，在長期孵化實驗中，微塑料對微生物群落多樣性的影響很大。這些看似矛盾的研究結果反而證明了微塑料對土壤微生物和酶活影響的高變異性。這也正是本文的一個切入點——分析微生物群落和酶，并將其信息與特定功能（例如土壤碳循環）聯系起來。
研究思路
本研究的目的是評估聚酯超微纖維對微生物組、碳降解酶和土壤有機碳存儲的影響。研究假設，聚酯微纖維會強烈地改變土壤微生物群落和碳降解酶的活性，從而影響土壤中的有機碳循環。因此，本研究結果將有助于了解聚酯超微纖維對土壤生物性能的影響。
研究方法
測序技術：Illumina NovaSeq PE250高通量測序平臺；
測序模式：細菌16S rRNA基因V4V5區和真菌ITS1區測序；
研究對象：土壤；
研究設計：4種微纖維水平（土壤干重的0%、0.1%、0.3%和1%）和3種有機質修正水平（土壤干重的0%、1%和3%）。
研究結果
通過孵化實驗研究了聚酯超微纖維（PMF）和天然有機質（OM）對土壤微生物群落、碳降解酶和碳積累的影響。結果表明，附著在PMF上的細菌群落比周圍土壤中的多樣性更高，PMF和OM的相互作用增加了土壤和PMF表面上細菌群落的豐富度；同時，土壤中天然有機碳的積累隨著PMF的增加而減少。因此，本研究結果為微塑料對土壤有機碳動力學和微生物群落的影響提供了有價值的見解，并可以通過進一步的工作來研究微塑料表面的生化過程。
1. Alpha多樣性分析
通過表1和表2的Alpha多樣性指數分析，研究發現了PMF表面和土壤中的微生物群落多樣性的變化。PMF上細菌群落多樣性指數比土壤多樣性高，同時PMF上的細菌群落的多樣性指數隨著OM的增加而顯著增加。
2. Beta多樣性分析
通過PCA分析，發現PMF表面微生物群落的分布可能主要受添加天然有機質OM的影響。土壤中細菌和真菌群落的分布也有相似的趨勢。
3. 物種組成譜分析
本研究通過和弦圖展示了聚酯超微纖維表面和土壤中附著的微生物群落的組成（主要展示了門和屬水平），以及通過柱狀圖展示菌群變化主要集中在哪些物種（也是主要展示了門和屬水平）。
首先，對于聚酯超微纖維表面微生物群落，附著在PMF上的主要為變形菌門、放線菌門和擬桿菌門，主要真菌門為子囊菌門和擔子菌門。不同處理條件（添加的PMF或OM的水平）改變了PMF表面上的優勢細菌和真菌門的相對豐度，但并未改變門水平上的優勢微生物的組成。然而，PMF和OM處理條件下，PMF表面微生物群落在屬水平上的影響更加復雜。OM的增加顯著改變了PMF上屬水平優勢微生物的組成，同時，PMF的水平也影響了PMF上屬水平優勢微生物的相對豐度。
那么，在不同處理條件下，土壤中的微生物組成和豐度又是如何變化的呢？
研究發現，無論是否在土壤中添加PMF和OM，土壤中的優勢細菌和優勢真菌在門水平上的組成并未發生明顯變化。OM的增加改變了土壤中優勢細菌和真菌門的相對豐度，而PMF的添加對土壤中優勢細菌和真菌在門和屬水平上的物種的相對豐度無顯著影響。這些結果表明，土壤優勢微生物組成的變化主要是由天然有機物OM的添加引起的。在門或屬水平上，OM和PMF的添加對土壤中優勢細菌和真菌的相對豐度的影響并沒有相互作用。
4. 土壤酶活性和碳含量測定，及聚酯超細纖維的影響
OM處理下，上表中的6種酶的活性有顯著差異。隨著OM的增加，土壤蔗糖酶、淀粉酶、β-木糖苷酶和β-葡糖苷酶的活性顯著增加，但土壤纖維素酶和松弛酶的活性顯著降低。然而，不同PMF處理中土壤蔗酶、淀粉酶、β-木糖苷酶和β-葡糖苷酶的酶活性無顯著差異。同時，隨著PMF和OM的增加，土壤總碳含量呈線性增加。
隨后，本研究對土壤酶活性與優勢細菌屬（前十）和真菌屬（前十）進行了關聯分析。關聯熱圖分析表明，土壤中4個細菌屬與土壤蔗糖酶、淀粉酶、β-木糖苷酶、β-葡糖苷酶的活性呈正相關，與土壤松弛酶活性呈負相關。另有3個細菌屬與土壤纖維素酶的活性呈正相關，而它們與土壤蔗糖酶、淀粉酶、β-木糖苷酶、β-葡糖苷酶的活性呈負相關。在真菌群落中，土壤中的4個屬與土壤蔗糖酶、淀粉酶、β-木糖苷酶、β-葡糖苷酶的活性呈正相關。然而，其他4個屬與這些酶的活性呈負相關，而與土壤纖維素酶和松弛酶的活性呈正相關。與土壤微生物相比，PMF上有更多的細菌和真菌屬與土壤蔗糖酶、淀粉酶、β-木糖苷酶、β-葡糖苷酶的活性呈正相關。
此外，微生物群落和酶活性的變化可能會改變土壤中有機物的轉化和積累。在OM增加條件下，天然有機碳的積累隨著PMF的增加而減少，盡管較高的OM水平下可以減輕PMF效應。
根據以上結果，本研究回答了兩個問題：
1. PMF的增加為什么會造成有機碳的含量減少？
如果我們假設聚酯超細纖維的惰性特性可以在短時間內防止自身的生化降解，這些結果可能在很大程度上表明，聚酯超細纖維的增加促進了自然有機物的分解。雖然PMF的加入不能改變土壤微生物群落的組成，但本研究觀察到PMF上細菌群落的多樣性較高。PMF上與土壤酶活性呈正相關的細菌門或屬的數量都大于周圍土壤中的數量。另一方面，聚酯超細纖維的疏水性能排斥水，從而使其表面形成更好的充氣環境，這也有利于有機物質的分解。
2. PMF上細菌多樣性高于土壤的原因可能是什么呢？
PMF上豐度前50的優勢細菌屬中，好氧細菌的相對豐度和多樣性高于周圍土壤。這可能是由于聚酯微纖維形成的微生物棲息地、以及土壤中被吸附的細礦物和有機顆粒，增強了微生物對天然有機質的接觸能力，導致微生物活性增強，從而加速了碳損失。由此可見，微塑料的持續積累可能會加速土壤中原生有機碳存儲的消耗。因此，進一步探索微塑料表面的生化過程將更有利于研究微塑料對土壤有機碳循環的影響。
總 結
本研究的思路清晰明了，實驗設計簡單、層次分明：
1. 聚酯超細纖維增加了土壤微生物群落的豐富度；
2. 聚酯超細纖維上的細菌Alpha多樣性高于土壤；
3. 聚酯超細纖維提高了土壤漆酶和纖維素酶的活性；
4. 聚酯超細纖維降低了土壤中天然有機碳的積累；
5. 微生物群落的組成對土壤有機物的分解起著重要作用。
好啦，本次的研究成果分享就到這里啦~歡迎討論區留言，或者發郵件給小編喲！
郵箱地址：[email protected]
本研究的測序和部分數據分析工作由上海派森諾生物科技有限公司完成。
文章索引：Q.Q. Guo , M.R. Xiao , Y. Ma , H. Niu , G.S. Zhang et al. Polyester microfiber and natural organic matter impact microbial communities, carbon-degraded enzymes, and carbon accumulation in a clayey soil
閱讀原文：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420326911
