Distribution and response of electroactive microorganisms to freshwater river pollution  

電活性微生物在淡水河流污染中的分布與響應  

來源：Environmental Pollution, 361 (2024) 124814

《環境污染》，第361卷，2024年，文章編號124814

 

摘要內容：  

本研究通過分析中國珠江三角洲8條河流160個沉積物樣本，揭示了電活性微生物（EAMs）在污染沉積物中的分布規律及其對環境脅迫的響應機制。研究發現：  

污染沉積物中EAMs群落組成（59個屬）隨水質和沉積深度變化而顯著改變；  

 

與清潔沉積物相比，污染環境中EAMs相對豐度增加4.5%，其中Geobacter和電纜細菌豐度分別提升45倍和17倍；  

 

污染沉積物中電纜細菌豐度隨深度增加而降低，而L. varians GY32則呈現相反趨勢；  

 

EAMs與絲狀微生物（FMs）存在顯著正相關性，且在污染環境中互作更強。  

 

研究目的：  

探究淡水河流污染如何影響EAMs的多樣性分布、功能潛力及環境適應性，為利用EAMs進行生態修復提供理論依據。  

 

研究思路：  

基于水質指數（WQI）將8條河流分為清潔組（S_III）和污染組（S_VI）  

 

采集不同深度（0-10cm分層）沉積物樣本  

 

結合丹麥Unisense微電極原位測量與實驗室分析  

 

通過16S rRNA高通量測序和qPCR量化EAMs  

 

整合環境因子與微生物功能預測分析驅動機制  

 

測量數據及來源：  

環境參數（圖1-2）  

 

 

水質指標：DO, BOD, NO??, PO?3?, pH（Unisense微電極測量）  

 

沉積物特性：酸揮發性硫化物（AVS）、總鐵（TFe）、SO?2?  

微生物數據（圖3）  

 

EAMs群落組成（59屬）  

 

Geobacter/電纜細菌/L. varians GY32的qPCR定量  

功能潛力（圖4）  

 

氮/硫/碳循環相關基因預測（PICRUSt2）  

 

丹麥Unisense電極數據的科研意義：  

使用Unisense微電極系統原位獲取高分辨率環境參數（O?, pH, EP剖面），其意義在于：  

揭示污染沉積物中溶解氧滲透深度顯著變淺（1.25mm vs 清潔組5.5mm，圖1b），這直接限定了好氧/厭氧微生物的生存空間；  

 

檢測到污染沉積物更強的電勢梯度（圖1d），證明"生物地球電池"效應為EAMs電子傳遞提供驅動力；  

 

pH垂直剖面（圖1c）顯示污染環境堿性增強（pH 8.06 vs 清潔組7.24），影響硫化物化學形態及微生物代謝途徑；  

 

原位電位（EP）與AVS的負相關性（圖5c）證實電化學條件是調控EAMs分布的關鍵因子。  

 

結論：  

污染環境選擇特異性EAMs群落，其豐度與高AVS、低DO、高NO??正相關  

 

不同類型EAMs呈現分層分布：  

 

電纜細菌在表層富集（需氧代謝）  

 

Geobacter全深度分布（厭氧適應性）  

 

L. varians GY32獨存于污染沉積物底層  

EAMs與絲狀微生物協同增強，形成污染環境生物修復網絡  

 

通過調控環境因子（如氧滲透深度、電勢梯度）可優化EAMs生態功能