重金属和多环芳烃污染对土壤微生物群落的影响分析

环境科学与生态技术10（2022）100169原创研究土壤微生物对重金属和多环芳烃污染的杨振尼a，1，刘泽申a，1，王克焕a，b，梁宗林a，b，拉什丁·阿卜杜盖尼a，b，黄烨a，b，王润华a，b，马红林a，b，王晓康a，b，杨美玲c，张兵格d，李德锋a，蒋成英a，*，Philippe F.-X. Corvinie，Shuang-Jiang Liua，f，**a中国科学院微生物研究所微生物资源国家重点实验室，北京，100101b中国科学院大学，北京，100049，中国c河北大学生命科学学院，中国河北省保定市，071002d徐州医科大学公共卫生学院，江苏省徐州市，221004瑞士西北应用科学与艺术大学生命科学学院，瑞士穆滕兹，4132f山东大学微生物技术研究所微生物技术国家重点实验室，山东省青岛市，226237我的天啊N F O文章历史记录：接收日期：2021年11月2日接收日期：2022年2022年3月14日接受保留字：土壤微生物群落电子废物焦化厂重金属多环芳烃A B S T R A C T电子废物拆解和焦化厂污染场地土壤中重金属和/或多环芳烃的浓度较高。混合污染（HMs和 PAHs）阻碍了土地复垦，影响了土壤微生物的多样性和功能。 本研究分析了某电子垃圾拆解厂和某焦化厂的重金属和多环芳烃污染状况，并评价了重金属和多环芳烃污染对土壤微生物群落的影响。值得注意的是，尽管电子废物拆解厂场地的主要污染物是HMs（如Cu为5，947.58± 433.44 mg kg-1，Zn为4，961.38 ± 436.51 mg kg-1，Mn为2，379.07 ± 227.46 mg kg-1），焦化厂场地的主要污染物是PAHs（如异戊二烯为11，740.06± 620.1 mg kg-1，苊烯为11，740.06 ± 620.1 mg kg-1，211.69± 7.04 mg kg-1，芘183.14± 18.89 mg kg-1。通过16S rRNA基因的高通量测序，分析了各采样点土壤微生物群落的多样性和丰度，并进行了冗余度分析，探讨了土壤微生物群落与污染物的关系。结果表明，污染场地的微生物群落对HMs和PAHs的响应不同。硫菌属、假单胞菌属和鞘氨醇菌属的丰度与多环芳烃呈正相关，而苔藓菌属、硝化螺菌属和甾体杆菌属的丰度与HMs呈正相关。这项研究促进了对土壤微生物如何应对HMs和PAHs单一和混合污染©2022作者出版社：Elsevier B.V.代表中国环境科学学会这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍土壤生态系统是人类赖以生存的陆地生态系统的重要组成部分[1]。人为活动，如采矿、炼焦和电子废物（电子废物）拆解*通讯作者。**通讯作者。中国科学院微生物研究所微生物资源国家重点实验室电子邮件地址：jiangcy@im.ac.cn（C.- Y. Jiang），liusj@im.ac.cn（S.- J. Liu）.[1]两位作者对这项工作的贡献相当。这些过程导致土壤受到重金属（HMs）和难降解有机物（如多环芳烃（PAH））的广泛污染[2e7]。HMs和PAHs的污染对土壤微生物组、人类健康和自然生态系统构成了巨大威胁[8e13]。土壤微生物对污染物敏感，可作为评价土壤污染的生态指标[14]。HMs和PAHs的混合污染对土壤微生物的影响与单一污染不同[15]。深入了解土壤微生物群落对HMs和PAHs单一和混合污染的反应对于评价土壤健康和发展环境保护至关重要。https://doi.org/10.1016/j.ese.2022.1001692666-4984/©2022作者。由Elsevier B.V.代表中国环境科学学会、哈尔滨工业大学、中国环境科学研究院出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表环境科学与生态技术期刊主页：www.journals.elsevier.com/environmental-science-and-www.example.comZ.- N. 杨，Z.-S. 刘，K-H. Wang等人环境科学与生态技术10（2022）1001692缩写电子废物HMsPAHsOCNAPACYFLOPHEANTFLAPYRBAA电子废物重金属多环芳烃有机碳苯并[A]蒽ChrBbFBkFBaPDhABgPIcP苯并[b]芴苯并[k]芴苯并[a]芘二苯并[a，h]蒽苯并[ghi]二萘嵌苯茚并[1，2，3-cd]芘16S核糖体RNAASVPCoALEfSeRDA扩增子序列变异主坐标分析线性判别分析（LDA）结合效应量测量冗余分析有效的生物修复方法[16]。重金属如镉、铬和铅广泛存在于土壤中，对生物体有毒[17e20]。研究报告了微生物代谢活性、种群多样性和土壤微生物群落丰度对HM的响应变化[21e23]。在被HM污染的土壤中发现了细菌，如变形菌、酸菌和拟杆菌[9，24，25]。细菌可以通过吸附、氧化和还原机制消除HM的毒性[26，27]。除HMs外，多环芳烃也是工业过程和人类活动产生的常见土壤污染物，例如、有机物质的不完全燃烧和热解、废物运输和焚烧[28E30]。多环芳烃由于其高生物活性、毒性和低生物利用度而引起极大关注，特别是具有四个以上芳香环的多环芳烃[31]。据报道，多环芳烃污染土壤会导致土壤微生物多样性、丰度和代谢功能下降[32]。已发现根瘤菌属、鞘氨醇菌属、分枝杆菌属、芽孢杆菌属和假节杆菌属等细菌属的丰度因多环芳烃而增加[8，33，34]。此外，许多受污染的场地受到HMs和PAH的影响[35，36]。Bourceret等人[37]发现变形菌门、放线菌门和拟杆菌门是被HMs和PAHs污染的土壤中的优势门。Gran-Scheuch等人[38]报道，在南极 乔 治 王 岛 的 土 壤 中 发 现 了 大 量 的 鞘 氨 醇 单 胞 菌 属（Sphingomonas）、锈赤杆菌属（Ferruginibacter）、假单胞菌属（ Pseu-100 ） 、 罗 丹 菌 属 （ Rhodanalus ） 和 鞘 氨 醇 菌 属（Sphingobium），并检测到了HMs和虽然对HMs和PAHs污染土壤中微生物群落的研究已有报道，但HMs和PAHs单一污染与混合污染土壤中微生物群落的差异仍不清楚。在这项研究中，我们的目的是阐明从一个电子废物拆解厂和焦化厂与HMs和多环芳烃的单一和混合污染通过Illumina MiSeq测序和冗余分析，将4个土壤样品的微生物群落与稻田对照样品进行比较，其中包括一个具有较高浓度的HMs，一个具有较高浓度的PAHs，以及两个具有较高浓度的HMs和PAH。结果表明，高浓度HMs和高浓度PAHs的土壤微生物群落结构不同。这项研究促进了对土壤微生物如何应对HMs和PAHs单一和混合污染的理解，并为土壤健康评估提供了见解2. 材料和方法2.1. 材料化学试剂，包括分析级盐酸、硝酸、丙酮、正己烷和乙腈，购自国药化学试剂有限公司，Ltd.（China）.十氟联苯购自上海怡昂化工科技有限公司，Ltd.（中国），二氯甲烷购自上海麦克林丽晶有限公司（Shanghai Macklin Regent Co.，公司（中国）。使用金属标准溶液（中国计量科学研究院）测量K、Ca、Na、Mg、Fe、Al和Ti的浓度;使用多元素校准标准3（PerkinElmer，USA）测量Mn、As、Cr、Cd、Pb、Cu、Zn、Ni、Ba、Sr、V、Li和Co的浓度;使用Wave Cal溶液（PerkinElmer，USA）测量La、Mo和Sc的浓度。Ltd.（China）.采用中国地球物理与地球化学勘查研究院的《土壤化学成分标准物质》（GBW07556）测定金属的回收率。16种PAH的标准溶液得自TMstandard Co.，Ltd.（China）.上海阿拉丁生物化学技术有限公司标准三氯乙烯，Ltd.（China），来自Sigma-Aldrich Co.，Ltd.（USA），芘来自上海美耶尔化学技术有限公司，Ltd.（中国），和苯并[a]蒽，来自上海麦克林丽晶有限公司，Ltd.（中国）进行回收率评价。使用DNeasy® PowerSoil ®试剂盒（QIA-GEN，德国）从土壤样品中提取DNA。2.2.土壤取样在一个电子废物拆解厂和一个焦化厂进行了HMs和PAHs土壤污染的初步调查这两个工厂相距48.8公里，显示出相似的气候特征。根据HMs和PAHs的浓度，选择了5个样品（注释样品A是从电子废物拆解厂附近的稻田中采集的，并作为本研究的对照。样品B从电子废物拆解厂获得，样品C-E从焦化厂获得。样品C采自煤、铁堆放场，样品D采自焦化车间附近，样品E被焦油严重污染。与样品A相比，样品A具有相对低浓度的HM，Z.- N. 杨，Z.-S. 刘，K-H. Wang等人环境科学与生态技术10（2022）1001693×样品B和E以高浓度的HMs或PAHs为特征，样品C和D以高浓度的HMs和PAHs为特征。采样时间为2020年12月12日。当地气温为5至 9摄氏度。上30厘米的土壤从每个站点收集在一个50 - 50厘米的平方米的区域内，除去根垫后。将五个土壤子样品混合以获得一个复合土壤样品。 土壤样品储存在无菌取样袋中，温度为4摄氏度，然后运往实验室。干燥和筛分（0.15mm）后，每个取样点的100 g土壤样品一式三份用于土壤表征。土壤特性（包括水分、有机碳、氨氮及硝态氮）的分析方法已于支持资料中列明。2.3.化学分析2.3.1.HM分析酸消化后，使用电感耦合等离子体发射光谱仪（ ICP-OES;Optima 5300 DV，PerkinElmer，USA）测定HM浓度[39]。使用微波消解系统（Topwave，analytikjena，Germany）在185 ℃下将溶于7.0 mL王水（HCl：HNO3，3：1，v/v）的三氧化二锑土壤样品（每份约1.0 g）消解40 min消化后，将酸溶液在发烟柜中的热板上轻轻煮沸，直至剩余体积为2至将剩余的酸溶液溶于超纯Milli-Q水中至终体积50 mL。使用ICP-OES测量溶液中金属（Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti、Cd、Mn、Cu、Ni、Pb、Zn、Ba、Sr、Co、Mo、Cr、As、V、La、Li和Sc）的浓度。在相同条件下消化并测量一式三份经认证的土壤GBW 07556（GSS-65）[34，40]。土壤中金属元素的回收率分别为：Al 85.02e87.39%、Fe 86e104.65%、Ca 85.3e91.37%、Ca 89.71 e97.37%(Mg)、88.78e 92.78%(Na)、83.58 e93.41%（K），86.06e 94.83%(Ti)、93.39 e(Cu)、89.47e 94.07%（Zn），88.8e 90.37%(Mn)、101.64e 102.41%(Pb)、89.91e 102.06%（Ba），91.97e 93.64%（Ni），90.8e 93.11%（Co），94.72e 98.11%（Sr），86.21e 97.37%(Cd)、92.53e 100.41%(Mo)、94.67e 100.68%（As），92.78e 101.36%（Cr），94.58e 97.06%（La），99.13e 105.02%（Li），90.5e 93.15%（V）和94.56e 98.93%（Sc）。2.3.2.多环芳烃分析土壤中的多环芳烃使用索氏提取法提取，并通过高效液相色谱法（HPLC; 1260 Infinity ，Agilent Technologies ，USA ）进行分析[41]。土壤样品的三重10.0使用索氏提取器，用100 mL丙酮和正己烷（1：1，v/v）提取各g样品，并加入200 ng十氟联苯。然后，将提取物通过玻璃纤维网过滤，并使用旋转蒸发器和Si SPE柱（CNW，ANPEL LaboratoryTechnology（Shanghai）Inc.，中国）。正己烷和二氯甲烷（1：1，v/v）的混合物用于溶解多环芳烃。通过旋转蒸发仪浓缩提取物，并将其溶于乙腈中至最终体积为5.0 mL。使用具有Eclipse plus C18柱（Agilent，USA）和乙腈-水作为流动相的HPLC，根据以下梯度分析浓缩乙腈溶液中的PAH浓度：从开始到18分钟为6：4乙腈：水;从18分钟到28.5分钟仅为乙腈;和从18分钟到28.5分钟为6：4乙腈：水。28.5分钟到终点分析的多环芳烃包括萘（NAP）、苊烯（ACY）、芴 （ FLO ） 、 菲 （ PHE ） 、 蒽 （ ANT ） 、 芴 （ FLA ） 、 芘（PYR）、苯并[a]蒽（BaA）、苯并[b]芴（BbF）、苯并[k]芴（BkF）、苯并[a]芘（BaP）、二苯并[a，h]蒽（DhA）、苯并[ghi]芘（BgP）和茚并[1，2，3-cd]芘（IcP）。测定了土壤样品中15种多环芳烃的含量，并计算了总含量（SPAHs）多环芳烃浓度最低和最高的土壤样品A和E分别用于质量 控 制 [40 ， 42] 。 样 品 A 中 15 种 多 环 芳 烃 的 回 收 率 分 别 为68.5e72.95%（NAP），48.72e53.56%（ACY），46.44e49.55%（FLO），84.34e 85.34%（PHE），79.04e 80.75%（ANT），110.05e 132.29%（FLA），77.08e 77.08%（PYR），80.65e 82.59%（BaA），82.56e 85.37%（PYR），75.25e 75.25%（BbF），82.61e 82.76%（BkF），80.43e 82.74%（BaP），85.57e 85.63%（DhA）、75.87e 77.94%（BgP）和86.51e 87.01%（IcP），分别样品E中FLO、FLA、PYR和BaA的回收率分别为70.51e108.91%、97.10e115.30%、75.65e78.08%和97.10e115.30%。110.62和119.34%。方法见支持性信息。2.4.微生物群落使用DNeasy ®PowerSoil ®试剂盒从一式三份样品中提取土壤DNA。引物组515 F（5 '-GTGCCAGCMGCCGCGG-3'）/907 R（50-CC GTCA A TTCMTTTTR A G TT T-3 0）用于扩增细菌16 S核糖体RNA（16 S rRNA）基因的V4和V5区[ 43和45 ]。PCR产物测序由上海美卓生物科技有限公司进行，Ltd.（China）使用Illumina MiSeq平台（San Diego，USA）进行。采用QIIME2（v2020.2）分析微生物多样性和组成香农指数是使用MOTHUR软件（v1.30）计算。使用单因素方差分析（ANOVA）确定组间显著差异，p<0.05。通过主坐标分析（PCoA）评价扩增子序列变体（ASV）水平的β多样性。线性判别分析（LDA）结合效应量测量（LEfSe）分析进行筛选各种细菌物种。采用R软件（v.3.3.1）和Vegan 软 件 包 进 行 RDA 分 析 ， 以 确 定 土 壤 微 生 物 群 落 多 样 性 与PAHs/HMs水平之间的相关性。3. 结果3.1. 电子废物拆解厂和焦化厂场地以HMs和PAHs为土壤样本采集自焦化厂（样本C、D和E）、电子废物拆解厂（样本B）和附近的稻田（样本A）。五个土壤样本的土壤特性（水分、pH值、有机碳、氨氮及硝态氮）载于表S1。土壤样品的含水量约为8.31至 26.49%。土壤pH值范围为5.96± 0.08（对照）至8.56± 0.28（样品C）。样品D的有机碳含量（51.93± 0.88 mg kg-1）显著高于其它样品（13.28± 31.59 mg kg-1）。样品A和E的氨氮和硝态氮浓度（分别为5.77和10.38 mg kg-1、14.16和 24.12 mg kg-1）高于样品B、C和D（分别为2.21和1.06 mgkg-1根据金属（Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti、Cd、Mn、Cu、Ni、Pb、Zn、Ba、Sr、Co、Mo、Cr、As、V、La、Li和Sc）和多环芳烃（NAP、ACY、FLO、PHE、ANT 、FLA、PYR、BaA、BbF、BkF 、BaP、DhA、BgP和IcP）的浓度其在图中呈现。 表S1。 金属Al、Fe和Ca以高浓度（1，000至10，000 mg kg-1）存在于所有土壤样品中;金属Mg、K、Ti、Mn、Zn和Ba以中等浓度（100至1，000 mg kg-1）存在;而大多数剩余的金属，如Cd、Mo、La、Li和Sc的浓度低于100 mg kg-1。Mn、Zn和Cu等HMs对微生物群落结构有显著影响，Z.- N. 杨，Z.-S. 刘，K-H. Wang等人环境科学与生态技术10（2022）1001694图1. 土 壤 样本中的六氯甲烷（左）和多环芳烃（右）浓度。每个单元格中的数字是平均浓度。ND表示未检出。根据RDA结果（图4），与常见金属（如Al、Fe和Ca）形成对比此外，大多数PAHs的浓度都在100 mg kg-1以下.样品中含有ACY、FLO、PYR等多环芳烃E是本在浓度的超过100 mg kg-1。Pearson相关性分析（图S1）显示，Mn、Zn、Cu和Mo等HMs彼此高度相关（p0.5），ACY、PYR和FLO等PAH彼此显著相关（p 0.5）。<<样品A中HMs和PAHs的浓度相对较低，与其余土壤样品相比其中Zn（307.7± 21.4 mg kg-1）、Ba（229.62± 25.95 mg kg-1）、Co（15.06± 1.37 mg kg-1）、As（10.06 ± 1.37 mg kg-1(7.12±0.2 7 mg kg-1）显著低于其他样品。 多环芳烃（SPAHs）的总浓度为4.40± 0.84 mg kg-1，为最低。除FLO（3.00± 0.68mg kg-1）外，其它多环芳烃的浓度均低于0.30mgkg-1.在五个样本中，样本B显示HMs的浓度最高，但PAHs的浓度较低重金属含量为Cu（5947.58±433.44 mg kg-1）、Zn（4961.38±436.51 mg kg-1）、Mn（2379.07± 227.46 mg kg-1）、Pb（（1，314.33± 55.92）mg kg-1，钡（1，156.47± 103.39）mg kg-1，大约是其他组的十倍Cd仅在样品B中检出（27.39± 3.94 mg kg-1）。样品B中S型多环芳烃含量（10.36± 0.74mg kg-1）略高于样品A.相比之下，样品E显示出低浓度的HM，但高浓度的PAH。Mn（ 672.61± 7.13 mg kg-1 ） 、 Ni （ 31.05± 1.95 mg kg-1 ） 和 Sr（43.08± 4.09 mg kg-1）等HMs的含量甚至低于样品A。结果表明，该海域S型多环芳烃的浓度为12558.06± 611.19 mg kg-1，其中FLO 为11740.06 ± 620.1 mg kg-1 ， ACY 为211.69±7.04mg kg-1 ，PYR为183.14± 18.89 mg kg-1，BbF为107.98± 4.44 mg kg-1.样品C和D中HMs和PAHs的浓度大多介于样品B和E之间样品C中Mn、Zn和Ba等HMs的含量（954.34± 93.97 mg kg-1，430.7± 15.79mg kg-1 和 268.76± 11.99mg kg-1 ） 低 于 样 品 D（1306.82± 48.57mg kg-1，451.5± 7.66mg kg-1和353.08± 41.14mg kg-1）。样品C中S型多环芳烃含量（208.00±52.21 mg kg-1）也低于样品D（698.74± 176.62 mg kg-1）。样品中的主要多环芳烃C是Chr（29.65±9.71mgkg-1），BKF样 品 D 中 主 要 多 环 芳 烃 为 BbF （ 95.32± 20.40 mg kg-1 ） 、 BkF（94.20± 20.76 mg kg-1）和FLA（90.83 ± 29.15 mg kg-1）。与样品A相比，样品B和E分别为HMs和PAHs的单一污染，样品C和D为HMs和PAHs的混合污染。样品B中高浓度的HMs可能与电子废物拆解过程有关，而样品E中高浓度的PAHs应与焦油有关[46]。焦化和炼钢过程可能导致样品C和D中HM和PAH的浓度增加[47]。3.2. a-和 b-土壤微生物群落利用16S rRNA基因序列分析土壤微生物群落。 稀疏曲线（Fig.S2）表明序列的测量是足够的。经质量控制后，共获得831，803条16S rRNA基因序列。这些序列被聚为28，746个ASV，归属于50个细 菌 门 的 1 ， 271 个 属 。 评 价 了 土 壤 微 生 物 群 落 的 多 样 性（Shannon、Simpson、Ace和Chao1指数）（表S2）。样品A、C、D的Shannon指数分别为7.10和7.33，三者接近（p>0.05）。与样品A 相比，样品B （ 6.31± 0.15 ）和样品 E （ 5.01± 0.20 ）的Shannon指数显著降低（p0.05），表明样品B和样品E的土壤微生物群落丰富度明显低于样品A、C和D。<结果表明，土壤微生物在一定浓度的HMs和PAHs（样品C和D）污染下仍能存活，但高浓度的HMs和PAHs（样品B和E）均降低了土壤微生物的适应性。通过PCoA评估土壤微生物群落的多样性（图11）。 S3）。样品之间距离较远，表明土壤微生物群落结构不同。3.3.土壤微生物群落的门属特征在门和属水平上分析了土壤微生物群落的微生物群落结构（图2）。土壤样品中有12个细菌门，其相对丰度大于1%（图1）。 2a和图S4）。最受欢迎的十大门Z.- N. 杨，Z.-S. 刘，K-H. Wang等人环境科学与生态技术10（2022）1001695图2. 土壤样品中的细菌门（a）和属（b）。未分类的属在不同的域（d），门（p），类（c），目（o），和科（f）是具体的。在土壤样品中发现的是变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、拟杆菌门、绿球藻门、浮游菌门、粘球藻门、芽单胞菌门、厚壁菌门和蓝细菌门。放线菌门（Actinobacteriota）和厚壁菌门（Firmicutes）在样品A中相对丰富（21.56%），而在其它样品中相对较少。样品B中酸杆菌门（24.71%）和粘球菌门（6.90%）的相对丰度从样品A到样品E，变形菌的相对丰度从28.24%显著增加到78.69%这些结果与之前的研究结果相似，在之前的研究中，在HM污染的环境中更频繁地检测到酸杆菌门和粘球菌门[48]，并且发现当多环芳烃浓度较高时，变形菌门更丰富[49]。相对丰度在1.5%以上的属有39个，其中已分类属22个（56.41%），未分类属17个（43.59%）（图2b和图S5）。未分类属的比例如此之高，表明在共污染场地中仍有许多细菌需要鉴定。样品A中的属是相当多样的，它们中的每一个都以相似的相对丰度存在。在样品B中，MND1 （ 7.95% ） ， Bryphalus （ 7.54% ） 和 一 个 未 分 类 的Vicinamibacteriales属（6.66%）显示出较高的相对丰度。黄杆菌属在样品C中的丰度最高（5.39%），假单胞菌属在样品D中的丰度最高（6.01%）。在样品D（0.36%）和E（21.34%）中检测到硫菌，但在样品 A 、 B 和 C 中 几 乎 未 检 测 到 此 外 ， 在 样 品 E 中 ， 红 单 胞 菌 属（9.06%）、鞘氨醇菌属（4.03%）、潘多拉菌属（3.70%）和假黄单胞菌属LDA得分> 4.0的LEfSe用于鉴定在土壤样品的微生物组中不同代表的主要属（图11）。 3 a）。样品B中LDA评分>4.0的有8个独特属，样品E中有6个，样品A、C和D中有3个每个样品的三个最有特色的属在图3b中呈现，其他的在图3b中呈现。 S5.样 品 A 中 主 要 存 在 厚 壳 菌 属 （ 2.18% ） 、 未 分 类 的 盖 氏 菌 目（3.93%）和酸杆菌目（3.85%），其余样品中的相对丰度均为1%左右，表明这些菌属对HMs或PAHs没有抵抗能力。在样品B中，MND1、Bryophylla和一个未分类的Vicinamibacteriales属的相对丰度最高（ 6.66 和 7.95% ） 。 样 品 E 中 硫 菌 属 （ Sulfuritalea ） 、 杜 鹃 花 属（Rhodanalea）和一个未分类的丛枝藻科属（Comamonadaceae）的丰度最高（9.06和21.34%），而样品A、B、C和D中这三个属的丰度相对较低（2.26%样品C中的黄杆菌（5.39%）和样品C中的假单胞菌样品D（6.01%）在HMs和PAHs浓度较高的土壤中显示出比其他属更高的丰度[37，38]。结果表明，在HMs和PAHs混合污染的土壤中也存在对高浓度HMs耐受的细菌，但以高浓度PAHs为主的细菌在HMs和PAHs混合污染的土壤中几乎不能存活，这一点鲜有报道。3.4.HMs和PAHs对土壤微生物群落的HMs和PAHs对土壤微生物的影响通过RDA进行了评估（图4，表S3和表S4）。结果表明，土壤微生物群落结构主要受多环芳烃（如ACY、FLO和BbF）和HMs（如Mn、Pb和Ni）的影响，受土壤性质（如pH、水分和氨）的影响较小样品A与其它样品相比，受HMs和PAHs的干扰较小样品B的微生物群落主要受HMs的干扰，样品E的微生物群落受PAHs的干扰较大相比之下，样品D的微生物群落结构受到HMs和PAHs的共同影响，并且影响比样品C更显著。此外，土壤有机碳对土壤细菌群落结构也有显著影响RDA结果与土壤性质、HMs和PAHs浓度基本一致。HMs与多环芳烃和细菌门和属之间的相关性见图。5和图S6. 与HMs或PAHs呈阳性关系的细菌明显不同。在门水平上（图5a），酸杆菌门、粘球菌门和硝化螺菌门与HMs呈正相关，而与PAHs呈负相关，而变形菌门和拟杆菌门与PAHs呈正相关 在属的层面上（图）。 5b）、MND1、Gaiella、Nitrospira和Steroidobacter与HMs呈正相关 ， 与 PAHs 呈 负 相 关 [9] ， 而 Rhodanestrine 、 Sphingobium 和Pseudoxanthomonas与PAHs呈正相关，与HMs呈负相关[34]。结果与LEfSe结果一致。4. 讨论结果表明，土壤微生物群落对HMs和PAHs单一污染以及HMs和PAHs混合污染的响应不同。本研究中的优势菌与既往报告一致（表S5）。例如，Rogierset al.和Qin et al.报道细菌门Z.- N. 杨，Z.-S. 刘，K-H. Wang等人环境科学与生态技术10（2022）1001696图3. 细 菌 属 的 LEfSe结果（a）和不同属的相对丰度（b）。图第四章对HMs和PAHs单一污染（a）和混合污染（b）土壤环境因子和细菌群落结构进行了RDA分析。其中变形菌门（Proteobacteria）和酸菌门（Acidobacteria）的数量最 多 ， 分 别 占 总 数 的 23.8e43.0% 和 14.6e34.5%; 亚 硝 化 螺 菌 属（ Nitrosospira ） 的 数 量 最 多 ， 分 别 占 总 数 的 0.27e3.48% 和180e410mgkg-1，和Cd（2.4e 110 mg kg-1）[9，24]。Geng等人，Liu等人，和Miao et al.结果表明，土壤中多环芳烃污染程度较高的细菌类群有变形菌门（20.86e81.37%）和假单胞菌属、鞘氨醇单胞菌属、黄杆菌属和假黄单胞菌属（0.11e56.11mg kg-1）[8，34，50]。此外，细菌门如变形菌门（35.3e 98.45%）、拟杆菌门（0.3e 18.6%）和放线菌门（0.6e 13.4%）以及细菌属如假单胞菌属（0.7e 25.0%）和黄杆菌属（5.2%）在被HMs（如浓度为19e1，133 mg kg-1的Pb、浓度为64e 435 mg kg-1的Mn和浓度为0.04e1，033 mg kg-1的Cr）和PAHs（总计15e2，002 mg kg-1）污染的土壤中发现[37，38，51]。相比前摘要本研究中的土壤样品中HMs和PAHs的浓度较高，而微生物群落对高浓度HMs和PAHs的不同反应很少有报道。我们的研究可能有助于了解微生物群落对HMs和PAHs的反应。细菌可以通过多种途径与HMs和PAH相互作用例如，细菌可以使用HM作为电子供体或受体来产生能量[52]，或者使用PAH作为生长的碳源和能源[53]。细菌属如MND1和Bryphalus的丰度随着HMs浓度的降低而减少，但在多环芳烃存在下仍保持丰富相比之下，细菌属，如Sulfuritalea和Sphingobium未能生存时，多环芳烃的浓度降低。因此，可以推断，多环芳烃降解菌比多环芳烃抗性菌对多环芳烃和多环芳烃的浓度更敏感除了HMs和PAH，微生物组也可以是Z.- N. 杨，Z.-S. 刘，K-H. Wang等人环境科学与生态技术10（2022）1001697图5. 污染物与细菌门（左）和属（右）之间的相关性土壤理化性质的影响[36]。富营养假单胞菌属、硫磺菌属和潘多拉菌属在样品中含量丰富D.与此相反，样品C中一个假定的贫营养和未分类的草酸杆菌科属的相对丰度增加。与HMs，多环芳烃或HM和多环芳烃的混合物中存活的细菌可以作为生物修复和细菌进化研究的潜在资源。多项研究报告称，苔藓菌属、盖氏菌属和硝化螺旋菌属能够抵抗HM [54e56]，假单胞菌属、鞘氨醇菌属和假黄单胞菌属能够降解多环芳烃[57e59]。也有报道称，假单胞菌和鞘氨醇菌菌株能够抵抗HM并降解PAH [58，60]。例如，恶臭假单胞UW 4可以在Pd存在下降解FLA [60]，耐Cu的鞘氨醇菌PHE-1可以降解PHE [61]。然而，关于硫菌属、苔藓菌属和假黄单胞菌属的知识仍限于细菌群落水平[38，62，63]，它们对HMs/PAHs的适应机制和生物修复的应用潜力需要探索。5. 结论在我们的研究中，土壤微生物对HMs和PAHs单一和混合污染的多环芳烃与硫菌属、假单胞菌属和鞘氨醇菌属呈正相关，多环芳烃与苔藓菌属、硝化螺菌属和拟杆菌属呈正相关。这项研究显示了有害的HMs/PAHs如何改变土壤微生物组。申报利益作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。作者贡献方法学、数据分析和初稿准备，Z。N.Yang和Z.S. Liu;测量的多环芳烃和HM，K.H. 王和Z. L. 样品制备和DNA提取，R.H. Wang，H.L.妈，X。K. Wang，M.L. Yang和B. G. Zhang;细菌分析，R. Abdugheni和Y.Zhang; C.Y.Jiang，中国粘蝇D.F. Li，P.F.-X. Corvini和S.J. 刘;和资金收购，S。J. Liu和C.Y.蒋所有作者都已阅读并同意手稿的出版版本。致谢本 研 究 得 到 了 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ 基 金 号 ：20000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000041991333和31861133002），欧盟地平线2020研究和创新计划根据赠款协议（第41991333号和第31861133002号）。826244）、中国科学院农业先进微生物技术工程实验室（KFJ-PTXM-016）、科技基础资源调查专项（2019 FY100700）。附录A. 补充数据本文的补充数据可以在https://doi.org/10.1016/j.ese.2022.100169上找到。引用[1] N. Fierer，拥抱未知：解开土壤微生物组的复杂性，Nat.Rev.Microbiol。15（10）（2017）579e 590，https://doi.org/10.1038/nrmicro.2017.87。[2] S.Y. 孙耀南Hou，W.魏，H.M.A.谢里夫角Huang，B.J.Ni，H.B.Li，Y.Y.宋，C.C.卢，J.B.郭，二氯吡啶酸对生物富集和亚硝酸盐积累的干扰：长期性能和生物机制，环境。Sci.经济技术9（2022）100144，https://doi.org/10.1016/j.ese.2021.100144。[3] 丹吉孔耀明杜，M。Luo，G.W. Liu，X.T. Su，D.G. Luo，X.X. Huang，L.Z. 小薇Y. 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