摘要：塑料污染对生态系统和人类健康构成了重大威胁，但其对生物地球化学循环的影响仍然知之甚少。稻田生态系统作为全球大气甲烷（CH₄）重要的排放源。鉴于农业塑料地膜在土壤中的广泛使用，迫切需要探明低密度聚乙烯（LDPE）是否会影响淹水稻田土壤中的产甲烷微生物群落和功能。

研究论文

● 期刊：Microbiome(IF:13.8)

● 原文链接DOI: https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-01974-y

● 2024年12月20日，中国农业大学张福锁院士团队彭静静老师课题组在国际权威学术期刊Microbiome上发表最新研究成果题为

Increased methane production associated with community shifts towards Methanocella in paddy soils with the presence of nanoplastics

● 通讯作者：彭静静、Matthias C. Rillig

● 发表日期：2024-12-20

课题背景

塑料污染对生态系统和人类健康构成了重大威胁，但其对生物地球化学循环的影响仍然知之甚少。稻田生态系统作为全球大气甲烷（CH₄）重要的排放源。鉴于农业塑料地膜在土壤中的广泛使用，迫切需要探明低密度聚乙烯（LDPE）是否会影响淹水稻田土壤中的产甲烷微生物群落和功能。

2024年12月20日，中国农业大学张福锁院士团队彭静静老师课题组在国际权威学术期刊Microbiome上发表最新研究成果题为Increased methane production associated with community shifts towards Methanocella in paddy soils with the presence of nanoplastics 的研究论文。研究聚焦于LDPE纳米塑料（NPs）对溶解性有机碳（DOC）和CH₄产量的影响。在厌氧条件下，对黑土和红壤两种水稻土壤进行了为期160天的培养。尽管两种土壤类型的微生物群组成存在巨大差异，但它们对纳米塑料（NPs）的暴露表现出相似的响应。NPs处理使DOC含量和CH₄净排放通量分别增加了最多1.8倍和10.1倍。易降解的溶解性有机质比例减少，而其难降解性增加。与复杂碳水化合物和芳香族碳组分降解相关的基因显著富集。CH₄净排放通量的增加与PCR定量的mcrA基因拷贝数和宏基因组中产甲烷菌与细菌的丰度比增加显著相关。值得注意的是，后者与氢营养型产甲烷途径的富集显著相关。在391个宏基因组组装基因组（MAGs）中，Syntrophomonas和Methanocella的丰度显著增加，表明NPs处理激发了脂肪酸的互营氧化。mRNA分析进一步表明Methanosarcinaceae和Methanocellaceae是NPs诱导CH₄产生的关键参与者。

研究结果

纳米塑料处理对溶解性有机碳（DOC）和溶解性有机质（DOM）以及甲烷（CH₄）的影响

图 1 | 展示了在黑土和红壤中添加 0.5% 和 5% LDPE 纳米塑料（NPs）后，DOC 浓度、CH₄净排放通量以及 mcrA 基因拷贝数的变化。

图 2 | Syntrophomonadaceae和Methanocellaceae相关的MAGs的系统发育树以及其在黑土和红壤中相关的MAGs在NPs处理下宏基因组丰度增加的显著相关性。

参与编码碳水化合物和芳香族碳组分降解基因的分类学和功能特征

图 3 | 不同处理对黑土和红壤中编码芳香族和复杂碳水化合物降解基因的宏基因组丰度和门水平物种组成的影响。

产甲烷菌和细菌的关系

图 4 | 展示了实验处理中（CK、0.5% NPs、5% NPs）不同培养时间（30天、160天）下产甲烷菌与细菌的宏基因组丰度比在门和科水平的变化（a），以及它们与黑土和红壤中甲烷产量的相关性（b）。

产甲烷微生物群落

图 5 | 展示了不同处理（CK、0.5% NPs、5% NPs）条件下，产甲烷菌群落及其基因组（MAGs）在科水平上的宏基因组丰度变化。

三条产甲烷途径的相对重要性

图 6 | 展示了在黑土和红壤中添加 0.5% 和 5% LDPE 纳米塑料（NPs）后，培养30天和160天后三条产甲烷途径的相对丰度变化。

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来源：微生物组