Environ. Sci. Technol.｜土壤健康的命运共同体：蚯蚓如何调控土壤微生物对纳米氧化铈颗粒的响应 2022-06-01

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2021年12月，仇浩副教授的研究成果“Commonwealth of Soil Health: How Do Earthworms Modify the Soil Microbial Responses to CeO₂ Nanoparticles?”发表于环境领域期刊“Environmental Science & Technology”。

纳米氧化铈由于具有独特的光、电、磁学的特性，在功能陶瓷、催化剂、发光材料、燃料添加剂、生物医药、环境和农业微肥等方面广泛应用。据模型预测，土壤是纳米氧化铈的一个主要汇。因此，需要关注纳米氧化铈对土壤生态系统的潜在风险。目前关于纳米颗粒对土壤微生物、动物的毒性研究都只单方面地考虑了纳米颗粒对土壤微生物、动物的影响，忽略了土壤生物之间有相互作用且常常作为一个整体来响应外来刺激。本研究旨在：(1)研究土壤酶活性、群落结构和功能以及代谢物谱的变化对土壤中CeO₂ NP暴露的响应；(2)确定蚯蚓（E. fetida）的存在如何影响土壤微生物对纳米颗粒的响应。文章应用MiSeq测序和土壤代谢组学来评估土壤细菌群落和代谢物谱的变化。结果发现，单独暴露于CeO₂ NPs (50, 500 mg/kg) 降低了参与土壤N和P循环的酶（即酸性蛋白酶和酸性磷酸酶）的活性，蚯蚓的存在改善了这些抑制作用。在CeO₂ NP暴露后，蚯蚓显著改变了与土壤N和P循环相关的一些微生物（Flavobacterium, Pedobacter, Streptomyces, Bacillus, Bacteroidota, Actinobacteria, 和Firmicutes）的相对丰度。与微生物结果一致，在CeO₂ NP暴露后，蚯蚓显著改变了参与微生物N和P代谢的代谢物。CeO₂ NPs和蚯蚓都改变了土壤细菌群落和土壤代谢物谱。在与蚯蚓接触的 CeO₂ NP下，发现土壤细菌和代谢物发生了更大的变化。该研究对比分析了在有无蚯蚓时土壤微生物群落结构及其功能对纳米氧化铈的响应差异及机制，为土壤健康在纳米材料或其他污染物胁迫下的响应特性解析提供了新的视角。

Figure 1. Soil microbial biomass C (A) and activities of β-glucosidase (B), catalase (C), peroxidase (D), acid protease (E), and acid phosphatase (F) in soil spiked with CeO2 NPs at 50 or 500 mg/kg dry soil and incubated for 28 days with or without earthworms (E. fetida). Values are mean ± standard deviation (n = 3), and different letters indicate the statistical difference at the p < 0.05 level.

Li, W.X.; Zhang, P.H.; Qiu, H.; Van Gestel, C.A.M.; Peijnenburg, W.J.G. M.; Cao, X.D.; Zhao, L.; Xu, X.Y.; He, E.K., Commonwealth of soil health: How do earthworms modify the soil microbial responses to CeO₂ nanoparticles? Environmental Science & Technology, 2022, 56, 2, 1138–1148.

 论文DOI：https://doi.org/10.1021/acs.est.1c06592