Combined effects of micropollutants and their degradation on prokaryotic communities at the sediment-water interface  

微污染物及其降解对沉积物-水界面原核生物群落的联合影响  

来源：Scientific Reports  

《科学报告》  

 

摘要内容  

研究分析了三种微污染物（二甲双胍、异丙甲草胺、特丁津）单独或混合存在时在沉积物-水界面微宇宙中的消散过程及其对原核生物群落的影响。结果显示，二甲双胍和异丙甲草胺在70天内完全消散，而特丁津具有持久性；混合污染未显著改变单一污染物的消散速率。微生物群落结构的变化主要由基质（沉积物/水）和时间驱动，但混合污染中的异丙甲草胺和特丁津对特定类群表现出协同或拮抗的非加性效应。  

 

研究目的  

探讨微污染物在沉积物-水界面的消散动力学及其对原核生物群落的非靶向影响，特别是混合污染物的非加性（协同或拮抗）效应。  

 

研究思路  

通过实验室微宇宙模拟沉积物-水界面环境。  

 

设置单一污染物（ONE实验）和混合污染物（MIX实验）的暴露组及对照组（CTRL）。  

 

结合化学分析（污染物浓度、转化产物）和16S rRNA基因测序，评估污染物消散动力学及微生物群落响应。  

 

分析微生物群落的多样性、组成变化及污染物间的相互作用机制。  

 

测量数据及意义  

污染物浓度与半衰期（图1、表1）：  

 

 

 

二甲双胍（MFN）在生物条件下降解显著（半衰期10-14天），而特丁津（TER）持久性强（半衰期53-231天）。  

 

意义：揭示不同污染物的生物降解潜力及混合污染对消散速率的非显著影响。  

转化产物（TPs）（图2）：  

 

 

二甲双胍生成鸟苷脲（GUA），异丙甲草胺（MET）生成NOA，特丁津生成羟基化/脱乙基产物。  

 

意义：阐明污染物的降解路径及代谢中间体的潜在生态风险。  

微生物群落多样性（图3-7）：  

 

 

 

 

 

 

沉积物群落的多样性高于水体，且随时间显著下降。  

 

混合污染导致特定类群（如Bdellovibrionota）显著富集，部分类群呈现协同/拮抗响应。  

 

意义：揭示污染物对微生物功能类群的选择性压力及混合污染的复杂生态效应。  

环境参数：  

 

溶解氧（8 ppm）和pH（8±1）保持稳定，总有机碳（TOC）在生物条件下降解显著。  

 

意义：验证实验条件的可控性，并为污染物-微生物相互作用提供环境背景。  

 

结论  

二甲双胍和异丙甲草胺的生物降解主导其消散，而特丁津依赖非生物过程。  

 

混合污染未改变单一污染物的消散动力学，但对微生物群落结构产生非加性效应（如Bdellovibrionota的协同富集）。  

 

基质（沉积物/水）和时间是微生物群落变化的主要驱动因素，污染物暴露通过间接作用（如氧化应激、营养竞争）影响群落组成。  

 

丹麦Unisense电极数据的意义  

研究中使用的Unisense非侵入式溶解氧传感器实时监测微宇宙中的溶解氧浓度（稳定在8 ppm）。其意义在于：  

确认实验全程维持氧化条件，排除缺氧对污染物降解路径（如厌氧代谢）的干扰。  

 

验证微生物活性与氧消耗的关联性，支持生物降解（如二甲双胍的快速降解）主要由好氧过程驱动。  

 

为污染物-微生物相互作用的机制分析提供关键环境参数，确保实验结果的可控性与可重复性。