16S rRNA測序和代謝組學助力土壤中微塑料和重金屬評價的研究

近期，南京大學環(huán)境學院李梅教授團隊蔣小峰博士等人在環(huán)境科學領域頂級期刊Environment International（IF 13.352）發(fā)表題為“Seasonal variations and feedback from microplastics and cadmium on soil organisms in agricultural fields”的研究文章，利用16S rDNA多樣性測序、非靶向和靶向代謝組學技術（中科新生命提供服務）對微塑料和鎘（Cd）污染農(nóng)田中蚯蚓腸道菌群和代謝物情況進行研究，發(fā)現(xiàn)蚯蚓腸道菌群失調(diào)、代謝譜改變；此外，微塑料可作為載體在土壤環(huán)境中轉移重金屬，并可能在土壤生物體內(nèi)積累，揭示了土壤生態(tài)系統(tǒng)中微塑料進入土壤環(huán)境和重金屬協(xié)同污染的潛在風險。
研究材料
不同季節(jié)農(nóng)田土壤，蚯蚓腸道組織和內(nèi)容物。
 
技術路線
步驟1  立體顯微鏡測定土壤中微塑料的形狀、大小和顏色；
步驟2  μ-FTIR鑒定微塑料聚合物類型組成情況；
步驟3  土壤原位蚯蚓體內(nèi)微塑料和Cd含量的測定；
步驟4  16S rDNA多樣性測序檢測土壤、蚯蚓腸道細菌群落結構的變化；
步驟5  非靶、靶向代謝組檢測蚯蚓腸道代謝譜變化。  
2.土壤、蚯蚓腸道和糞便微塑料、Cd含量的分布情況和相關性
線性回歸分析顯示，在冬季微塑料和Cd含量顯著相關（圖3）。對10個土壤采樣點取樣，僅F2、F3和F6均有皮質(zhì)遠盲蚓檢出，因此后續(xù)對這3個采樣點進行進一步研究。結果顯示，蚯蚓腸道和糞便中的微塑料含量顯著高于土壤環(huán)境中的含量；蚯蚓腸道中Cd含量顯著高于土壤（圖4）。這些結果表明微塑料可能作為載體，將土壤環(huán)境中的重金屬轉移并在生物體內(nèi)富集，這將造成潛在的健康風險。  
小編小結
本文通過對無錫太湖農(nóng)田污染物微塑料和Cd季節(jié)性變化的研究發(fā)現(xiàn)，春季和冬季采樣點的微塑料豐度不同，但兩者間尺寸大小分布類似，來源于地膜覆蓋的聚乙烯是主要的微塑料類型。原位蚯蚓對土壤微塑料污染的反應表明微塑料可作為載體，將土壤環(huán)境中的重金屬轉移并在生物體內(nèi)富集。16S rRNA測序和代謝組學的結果表明，微塑料-重金屬污染土壤可導致原位蚯蚓腸道細菌群落結構失調(diào)和能量代謝失衡。這些研究結果對土壤生態(tài)系統(tǒng)中微塑料和重金屬污染物共存的潛在風險進行了綜合評價，對維護土壤生態(tài)安全具有重要作用。