全氟和多氟烷基物质（PFAS）在环境中广泛存在，对生物体健康造成诸多不利影响，并破坏土壤微生物群落结构及功能。为探究PFAS胁迫下土壤微生物群落的响应机制及其代谢物的变化，作者利用Illumina 16S V4、ITS1扩增子测序技术以及UPLC-MS/MS代谢组学方法进行了深入研究。

英文标题：Metabolic and Microbial Profiling of Soil Microbial Community under Per- and Polyfluoroalkyl Substance (PFAS) Stress

中文标题：PFAS胁迫对土壤微生物群落及代谢的影响 

发表时间&期刊：2023.12.12 & Environmental Science & Technology（IF：11.4）

作者单位：浙江大学环境与资源学院陈宝梁教授为论文通讯作者

测序技术：Illumina 16S V4、ITS1；代谢组

1.不同地点土壤中PFAS含量

共鉴定出40种PFAS化合物，浓度在29.1−2848 ng/g之间变化，其中全氟辛酸（PFOA）占比最高（55-89%）。随着地理位置从上游向中游转移，∑PFAS和PFOA的浓度逐渐升高，而在下游地区又有所下降，SF（含氟聚合物生产设施）地点的PFOA浓度最高，因此后续将上游样品作为对照。

图1 采样点位置及PFAS和PFOA含量

2. 土壤代谢物分析

共检测出393种代谢物，主要分为7大类（图2a），其中脂质和类脂化合物的占比最高，其次是碳水化合物（图2b）。热图显示形成了3个不同聚类的代谢物，表明不同土壤样品的代谢能力存在差异（图2c）。

图2 代谢物多样性及聚类

3.微生物群落组成

11个地点的土壤细菌群落主要包括放线菌、变形菌和酸杆菌门（图3a），真菌群落则以子囊菌和担子菌门为主（图3b）。细菌群落的共现网络比真菌群落更大更复杂，从上游到下游二者的模块化程度呈下降趋势，表明微生物群落的稳定性降低（图3c）。

图3 物种组成及共现网络

4. 微生物群落及代谢物多样性

中下游地区的土壤样品相较于上游具有更高的代谢物多样性（图4a），细菌、真菌群落也是如此（图4bc）。不同地点代谢物及微生物群落β多样性存在显著差异（图4d），表明PFAS对土壤微生物产生了影响，并且导致代谢物发生了变化（图4ef）。

图4 微生物群落及代谢物的多样性

5. 代谢物与PFAS共现网络图

构建了代谢物-PFOA-∑PFAS的网络图，共分成5个模块（图5a）。模块4中的39种代谢物被认为是关键代谢物（图5b），其与中游样品正相关；模块1与上游样品正相关，与中游样品负相关；模块3和模块5与下游样品正相关，与上游样品负相关（图5c）。表明PFAS污染导致上、中和下游土壤的代谢物发生了转变。

图5 代谢物与PFAS共现网络图

研究表明，代谢物与微生物多样性间存在紧密联系，鉴定出的关键代谢物涉及脂质、氨基酸代谢和次生代谢物生物合成过程，为探究PFAS污染如何影响土壤代谢组和微生物组提供了新的见解。

参考文献：

[1] Enhui Wu, et al. Metabolic and Microbial Profiling of Soil Microbial Community under Per- and Polyfluoroalkyl Substance (PFAS) Stress. Environmental Science & Technology. 2023

原文链接：

Metabolic and Microbial Profiling of Soil Microbial Community under Per- and Polyfluoroalkyl Substance (PFAS) Stress | Environmental Science & Technology (acs.org)