2021-04-26
期刊：《Journal of Hazardous Materials》
影响因子：9.038
最近，派森诺与云南大学合作，在《Journal of Hazardous Materials》（影响因子9.038）上发表论文，对“聚酯超细纤维和天然有机物影响粘质土壤中的微生物群落、碳降解酶和碳积累过程”进行了详细的论述。文章分别对聚酯超细纤维表面和土壤中的微生物组进行多样性组成谱分析，并测定土壤中酶活性和碳含量，再进行关联分析，从而发现菌群与土壤酶活性的关系。
那么，这项研究是如何获得期刊青睐的呢？我们一起来康康哦~
有研究结果表明，由于土壤、微塑料和孵化等条件的不同，人们观察到微塑料对土壤酶活性的影响存在相互矛盾的结果。另外，在长期孵化实验中，微塑料对微生物群落多样性的影响很大。这些看似矛盾的研究结果反而证明了微塑料对土壤微生物和酶活影响的高变异性。这也正是本文的一个切入点——分析微生物群落和酶，并将其信息与特定功能（例如土壤碳循环）联系起来。
研究思路
本研究的目的是评估聚酯超微纤维对微生物组、碳降解酶和土壤有机碳存储的影响。研究假设，聚酯微纤维会强烈地改变土壤微生物群落和碳降解酶的活性，从而影响土壤中的有机碳循环。因此，本研究结果将有助于了解聚酯超微纤维对土壤生物性能的影响。
研究方法
测序技术：Illumina NovaSeq PE250高通量测序平台；
测序模式：细菌16S rRNA基因V4V5区和真菌ITS1区测序；
研究对象：土壤；
研究设计：4种微纤维水平（土壤干重的0%、0.1%、0.3%和1%）和3种有机质修正水平（土壤干重的0%、1%和3%）。
研究结果
通过孵化实验研究了聚酯超微纤维（PMF）和天然有机质（OM）对土壤微生物群落、碳降解酶和碳积累的影响。结果表明，附着在PMF上的细菌群落比周围土壤中的多样性更高，PMF和OM的相互作用增加了土壤和PMF表面上细菌群落的丰富度；同时，土壤中天然有机碳的积累随着PMF的增加而减少。因此，本研究结果为微塑料对土壤有机碳动力学和微生物群落的影响提供了有价值的见解，并可以通过进一步的工作来研究微塑料表面的生化过程。
1. Alpha多样性分析
通过表1和表2的Alpha多样性指数分析，研究发现了PMF表面和土壤中的微生物群落多样性的变化。PMF上细菌群落多样性指数比土壤多样性高，同时PMF上的细菌群落的多样性指数随着OM的增加而显著增加。
2. Beta多样性分析
通过PCA分析，发现PMF表面微生物群落的分布可能主要受添加天然有机质OM的影响。土壤中细菌和真菌群落的分布也有相似的趋势。
3. 物种组成谱分析
本研究通过和弦图展示了聚酯超微纤维表面和土壤中附着的微生物群落的组成（主要展示了门和属水平），以及通过柱状图展示菌群变化主要集中在哪些物种（也是主要展示了门和属水平）。
首先，对于聚酯超微纤维表面微生物群落，附着在PMF上的主要为变形菌门、放线菌门和拟杆菌门，主要真菌门为子囊菌门和担子菌门。不同处理条件（添加的PMF或OM的水平）改变了PMF表面上的优势细菌和真菌门的相对丰度，但并未改变门水平上的优势微生物的组成。然而，PMF和OM处理条件下，PMF表面微生物群落在属水平上的影响更加复杂。OM的增加显著改变了PMF上属水平优势微生物的组成，同时，PMF的水平也影响了PMF上属水平优势微生物的相对丰度。
那么，在不同处理条件下，土壤中的微生物组成和丰度又是如何变化的呢？
研究发现，无论是否在土壤中添加PMF和OM，土壤中的优势细菌和优势真菌在门水平上的组成并未发生明显变化。OM的增加改变了土壤中优势细菌和真菌门的相对丰度，而PMF的添加对土壤中优势细菌和真菌在门和属水平上的物种的相对丰度无显著影响。这些结果表明，土壤优势微生物组成的变化主要是由天然有机物OM的添加引起的。在门或属水平上，OM和PMF的添加对土壤中优势细菌和真菌的相对丰度的影响并没有相互作用。
4. 土壤酶活性和碳含量测定，及聚酯超细纤维的影响
OM处理下，上表中的6种酶的活性有显著差异。随着OM的增加，土壤蔗糖酶、淀粉酶、β-木糖苷酶和β-葡糖苷酶的活性显著增加，但土壤纤维素酶和松弛酶的活性显著降低。然而，不同PMF处理中土壤蔗酶、淀粉酶、β-木糖苷酶和β-葡糖苷酶的酶活性无显著差异。同时，随着PMF和OM的增加，土壤总碳含量呈线性增加。
随后，本研究对土壤酶活性与优势细菌属（前十）和真菌属（前十）进行了关联分析。关联热图分析表明，土壤中4个细菌属与土壤蔗糖酶、淀粉酶、β-木糖苷酶、β-葡糖苷酶的活性呈正相关，与土壤松弛酶活性呈负相关。另有3个细菌属与土壤纤维素酶的活性呈正相关，而它们与土壤蔗糖酶、淀粉酶、β-木糖苷酶、β-葡糖苷酶的活性呈负相关。在真菌群落中，土壤中的4个属与土壤蔗糖酶、淀粉酶、β-木糖苷酶、β-葡糖苷酶的活性呈正相关。然而，其他4个属与这些酶的活性呈负相关，而与土壤纤维素酶和松弛酶的活性呈正相关。与土壤微生物相比，PMF上有更多的细菌和真菌属与土壤蔗糖酶、淀粉酶、β-木糖苷酶、β-葡糖苷酶的活性呈正相关。
此外，微生物群落和酶活性的变化可能会改变土壤中有机物的转化和积累。在OM增加条件下，天然有机碳的积累随着PMF的增加而减少，尽管较高的OM水平下可以减轻PMF效应。
根据以上结果，本研究回答了两个问题：
1. PMF的增加为什么会造成有机碳的含量减少？
如果我们假设聚酯超细纤维的惰性特性可以在短时间内防止自身的生化降解，这些结果可能在很大程度上表明，聚酯超细纤维的增加促进了自然有机物的分解。虽然PMF的加入不能改变土壤微生物群落的组成，但本研究观察到PMF上细菌群落的多样性较高。PMF上与土壤酶活性呈正相关的细菌门或属的数量都大于周围土壤中的数量。另一方面，聚酯超细纤维的疏水性能排斥水，从而使其表面形成更好的充气环境，这也有利于有机物质的分解。
2. PMF上细菌多样性高于土壤的原因可能是什么呢？
PMF上丰度前50的优势细菌属中，好氧细菌的相对丰度和多样性高于周围土壤。这可能是由于聚酯微纤维形成的微生物栖息地、以及土壤中被吸附的细矿物和有机颗粒，增强了微生物对天然有机质的接触能力，导致微生物活性增强，从而加速了碳损失。由此可见，微塑料的持续积累可能会加速土壤中原生有机碳存储的消耗。因此，进一步探索微塑料表面的生化过程将更有利于研究微塑料对土壤有机碳循环的影响。
总 结
本研究的思路清晰明了，实验设计简单、层次分明：
1. 聚酯超细纤维增加了土壤微生物群落的丰富度；
2. 聚酯超细纤维上的细菌Alpha多样性高于土壤；
3. 聚酯超细纤维提高了土壤漆酶和纤维素酶的活性；
4. 聚酯超细纤维降低了土壤中天然有机碳的积累；
5. 微生物群落的组成对土壤有机物的分解起着重要作用。
好啦，本次的研究成果分享就到这里啦~欢迎讨论区留言，或者发邮件给小编哟！
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本研究的测序和部分数据分析工作由上海派森诺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
阅读原文：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420326911
