九色国产,午夜在线视频,新黄色网址,九九色综合,天天做夜夜做久久做狠狠,天天躁夜夜躁狠狠躁2021a,久久不卡一区二区三区

本文由熊志強(qiáng)編譯，董小橙、江舜堯編輯。

原創(chuàng)微文，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)載。

原名：Low concentrations of copper oxide nanoparticles alter microbial community structure and function of sediment biofilms

譯名：低濃度氧化銅納米顆粒改變沉積物生物膜微生物群落結(jié)構(gòu)和功能

期刊：JScience of the Total Environment

IF：4.610

發(fā)表時間：2019年

通信作者：Lingzhan Miao, Peifang Wang, Jun Hou

通信作者單位：河海大學(xué)

圖S2 整個實驗過程中實驗步驟

1 NPs在水-沉積物系統(tǒng)中的分布

如圖1所示，上覆水中的銅含量隨著時間的推移迅速下降。觀察到在水-沉積物體系中，沒有腐殖酸（HA）包裹的CuO NPs比腐殖酸包覆的CuO NPs沉降的更快，這是由于CuO NPs更快的聚集所致（圖S4）。注入水柱18小時后，未被包裹的CuO NPs的Cu殘留量為0.04mg/L，而HA包覆的CuO NPs的Cu殘留量為0.31mg/L，這是由于這兩種CuO NPs在天然水中顯著的化學(xué)和膠體行為的差異所導(dǎo)致。48h后，添加的大部分Cu下沉，僅有0.03-0.07mg/L殘留在水柱中。

圖1 整個實驗過程中，加入CuO NPs和HA包覆CuO NPs后，上覆水柱中銅的分布情況。在距水/沉積物界面5cm處取樣。數(shù)據(jù)表示三重樣本的平均±標(biāo)準(zhǔn)差，并從對照微觀片中測定的背景濃度中進(jìn)行校正。

圖S4 CuO NPs在過濾后的上覆水中的團(tuán)聚動力學(xué)曲線(左)以及過濾后的上覆水中形成的納米CuO團(tuán)聚體(右)，(a)代表CuO NPs；(b)代表HA包裹的CuO NPs。

2 NPs對生物膜中DO微環(huán)境變化的影響

對兩個月的培養(yǎng)后生物膜樣本進(jìn)行采集，通過SEM觀察沉積物表面細(xì)胞和菌絲的積累情況。對照組中沉積物生物膜-水界面附近的溶解氧（DO）濃度分配如圖S6所示。作者同樣測定過了納米離子（NP）處理前后8個監(jiān)測點DO濃度的動態(tài)分布（圖2）。通過DO微電極的測定可以發(fā)現(xiàn)DO分布變現(xiàn)出非均一性分布。此外，從水柱到沉積物生物膜的溶解氧濃度隨深度的增加呈明顯的下降趨勢，表明生物膜中存在著亞氧帶和缺氧帶。沉積物生物膜中的溶解氧梯度表明，底棲生物組合消耗了大量的氧氣。

添加CuO NPs處理兩天后，所有取樣點的氧濃度分布與處理前相比保持不變（圖2a-b）。然而，處理5天后，底棲生物膜有明顯的差異（圖2c），在第7采樣點形成了一個意料之外的高溶解氧區(qū)（深度較深，約1000 μm），而其他采樣點的氧氣分布保持不變。這表明，當(dāng)CuO NPs暴露于生物膜內(nèi)時，微尺度條件下的反應(yīng)是不均勻的。對于HA包覆的CuO NPs處理后，沉積物-水界面的DO濃度分布沒有明顯變化（圖2d-f）。這些觀察表明，經(jīng)過HA包覆可以減輕CuO NPs對沉積物生物膜中微生物群落的毒性作用。此外，添加的Cu²⁺(1mg/L)對生物膜中DO的分布無明顯影響(數(shù)據(jù)未顯示)，表明由于胞外聚合物（EPS）的保護(hù)機(jī)制，生物膜對重金屬可能具有抗性。

圖S6 對照組試驗中沉積物生物膜-水界面附近DO濃度的分布。在生物膜中的8個位置測量了O₂的分布，其水平距離為4.0cm，每個連續(xù)位置之間的距離約為5mm。

圖2 不同時間間隔Cunp處理(a，b，c)和ha-cuo np處理(d，e，f)系統(tǒng)中沉積物生物膜水界面附近溶解氧濃度的動態(tài)分布。在生物膜中的8個位置測量了O₂的分布，其水平距離為4.0厘米，每個連續(xù)位置之間的距離約為5毫米。

3 NPs對異養(yǎng)呼吸、胞外聚合物（EPS）和胞外酶的影響

在本研究中，與對照組相比，CuO NPs處理后的的異養(yǎng)呼吸顯著降低(P<0.05)（表1）。沉積物生物膜有機(jī)質(zhì)(OM)保持在3.1%左右。因此選擇在實驗結(jié)束時對EPS的兩個主要成分(多糖和蛋白質(zhì))進(jìn)行了測定，因為EPS與微生物聚集體中的微生物代謝有關(guān)。通過測定表明，與對照組相比，CuO NPs處理后多糖和蛋白質(zhì)產(chǎn)量略有增加(P<0.05)（表1）。沉積物生物膜可能分泌更多的EPS，對生物膜內(nèi)的細(xì)菌起到保護(hù)作用，以減輕納米毒性效應(yīng)。

在胞外酶活性方面，CuO NPs處理的生物膜中β-葡糖苷酶（GLU）以及L-亮氨酸氨基肽酶（LAP）酶活性降低，表明CuO NPs降低了生物膜的代謝活性。然而對于HA包覆的CuO NPs處理后，所有測定的參數(shù)（HR、EPS產(chǎn)量和酶活性），均與對照保持無顯著差異，表明HA包覆后可以抑制CuO NPs對沉積物生物膜的毒性。在Cu²⁺處理中，異營養(yǎng)呼吸和GLU活性略有下降，但與對照組相比無顯著性差異(P>0.05)。此外，在取樣樣本中測定出高濃度的重金屬殘留（表S1），表明微生物群落可能對低濃度的銅離子產(chǎn)生了抵抗力。在對比陽性對照(Cu²⁺)中的結(jié)果表明，CuO NPs對生物膜產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)主要歸因于納米顆粒，而非金屬離子。

表1 NP處理或Cu²⁺處理前后沉積物生物膜中的異養(yǎng)呼吸(HR)、有機(jī)質(zhì)(OM)、EPS組分濃度和酶活性(GlU、LAP和AKP)。a表示與相比以百分?jǐn)?shù)形式表示；*表示在統(tǒng)計學(xué)上空白組與處理組在0.05水平上具有差異性

表S1 采樣點上覆水(0.22μm過濾)和沉積物特征總結(jié)(n=5)。DOC=溶解有機(jī)碳；TP=總磷；TN=總氮；DO=溶解氧；OM=有機(jī)質(zhì)

4 NPs對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

基于高通量測序，12個樣本中共檢測到346979條有效序列，每個樣本共有21553-36472個序列。在21533測序深度下對所有樣本進(jìn)行α和β多樣性指數(shù)分析。如圖3所示，基于Chao指數(shù)和Shannon指數(shù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)CuO NPs處理后，Chao和Shannon指數(shù)顯著下降(P<0.05)，說明CuO NPs處理降低了細(xì)菌群落的物種豐富度和多樣性。但這些參數(shù)在對照組和HA包覆的CuO NPs/Cu²⁺處理之間沒有顯著性差異。

圖3 NP處理或Cu²⁺處理后生物膜中微生物群落的α多樣性(包括Chao和Shannon指數(shù))。單因素方差分析(*表示p<0.05)在處理組與對照組的差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

基于分類學(xué)，生物膜中的細(xì)菌群落劃分為15個門（相對豐度>1%）（圖4a）。其主要與優(yōu)勢細(xì)菌門包括Proteobacteria（47.6-55.4%），Bacteroidetes (8.4-14.1%), Chloroflexi(5.8-11.7%), Cyanobacteria(2.2-8.2%), Acidobacteria (3.6-.4%) 以及Nitrospirae(2.0-3.5%)，這些細(xì)菌門廣泛存在于淡水沉積物中。從Kruskal-Wallis h檢驗的結(jié)果可以看出（圖S7），CuO NPs處理的細(xì)菌群落門與其他三種處理表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.0 5)，其含有較多的Proteobacteria和Cyanobacteria(P<0.05)，而Chloroflexi，Acidobacteria，Firmicutes以及Nitrospirae的含量較低(P<0.05)。NP/Cu₂⁺處理對生物膜細(xì)菌群落的影響不同（圖4b）。其中對照組，HA包覆的CuO NPs以及Cu²⁺處理之間細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似，但改變了沒有包覆的CuO NPs處理的群落結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果與生理活性指數(shù)的測定結(jié)果一致。

基于LEfSe分析，進(jìn)一步探究CuO NPs對特定類群的不同影響（由于HA-CuO NPs以及Cu²⁺對微生物群落結(jié)構(gòu)沒有顯著性的影響，因此未對這兩組進(jìn)行分析）。在屬水平上，CuO NPs處理有豐度占前50的分類群中有21微生物增加而29種微生物下降（圖4c）。在相對豐度>0.1%的微生物中，經(jīng)CuO NPs處理后的生物膜中，Anaerolineaceae、Acidobacteria、Aminicenantes和Anaerolinea的豐度降低，說明這些屬容易受到CuO NPs的影響。Cyanobacteria，Cytophagaceae以及Methylotenera是CuO NPs處理生物膜菌群中最主要的3個屬，但在對照組中明顯高于對照組，其相對豐度分別為6.5%對1.1%、4.2%對1.3%和4.5%對0.8%（對照組對空白組，P<0.01）。說明這三個細(xì)菌屬對CuO NPs具有一定的抗性。

圖S7 四種處理對生物膜15種最常見細(xì)菌門的類群差異。

圖4 給出了所有沉積物樣品細(xì)菌群落中優(yōu)勢細(xì)菌門的相對豐度(a)。基于Bray-Curtis距離在OTU水平上計算NP/Cu²⁺處理組與對照組的NMDs圖譜(b)?；?/span>LEfSe鑒定的生物膜對CuO NPs具有響應(yīng)的微生物群的主要系統(tǒng)類型(在屬水平上，LDA>3)(c)。

進(jìn)一步通過功能預(yù)測探究群落結(jié)構(gòu)的變化是否會導(dǎo)致功能上的差異。在處理組的平均加權(quán)最近排序分類指數(shù)（NSTI）值為0.146 ± 0.017，說明具有較高的預(yù)測準(zhǔn)確性。如圖5所示，在KEGG level2水平上所列出的41條通路中，CuO NPs處理組與空白組相比，有15條代謝通路具有差異性（P<0.05）。在KEGG level1水平上，這些途徑包括與細(xì)胞過程和信號傳遞、新陳代謝、環(huán)境信息處理、遺傳信息處理、人類疾病和生物系統(tǒng)有關(guān)的途徑。具體而言，與膜轉(zhuǎn)運和翻譯有關(guān)的通路在CuO NPs處理后降低。CuO NPs處理的生物膜中代謝途徑的豐度發(fā)生了顯著的變化，其中包括其他氨基酸代謝、酶家族代謝、外源生物降解代謝等的增加以及其他次生代謝產(chǎn)物的生物合成、糖基合成代謝、核苷酸代謝和碳水化合物代謝等代謝途徑的降低。這些結(jié)果與β-葡萄糖苷酶(GlU)和L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性下降相一致，說明CuO NPs處理后對生物膜的生物化學(xué)循環(huán)以及碳氮營養(yǎng)循環(huán)具有負(fù)面的影響。

圖5 level 1和level 2水平上KEGG通路的預(yù)測宏基因組代謝通路相對豐度。綠盒：對照樣品，紅盒：CuO NP處理樣品。左邊給出的術(shù)語是level 1和level 2(從左到右)的KEGG路徑注釋。**富集于對照樣品(P<0.05)；*富集于CuO NP處理樣品(P<0.05)。

從沉積物生物生物膜的氧分布、異養(yǎng)呼吸、代謝活性(EPS和胞外酶)、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)等方面系統(tǒng)研究了低濃度CuO NPs對沉積物生物膜的潛在影響。我們發(fā)現(xiàn)，CuO NPs的添加不僅改變了生物膜的結(jié)構(gòu)和組成，而且改變了生物膜的功能特性。CuO NPs的添加抑制的GlU和LAP表明，生物膜的碳循環(huán)和氮吸收受到負(fù)面影響。陽性對照(Cu²⁺處理)的結(jié)果證實CuO NPs的負(fù)效應(yīng)主要歸因于納米效應(yīng)，而不是金屬離子效應(yīng)。此外，HA包覆后降低了CuO NPs對生物膜的毒性，這突出了對各種生態(tài)系統(tǒng)的毒性潛力。今后應(yīng)進(jìn)行研究，應(yīng)注重于長期接觸對淡水生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)的影響的研究。

隨著納米技術(shù)的應(yīng)用，納米材料在未來不可避免的進(jìn)入生態(tài)環(huán)境中。沉積物生物膜又是水生環(huán)境中普遍存在的復(fù)雜微生物群落，為了探究CuO NPs對沉積物生物膜的潛在影響，作者通過測定了生物膜的異養(yǎng)呼吸、胞外高分子物質(zhì)(EPS)和胞外酶活性等代謝功能，結(jié)合用高通量分析方法研究了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化，并對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的功能譜進(jìn)行預(yù)測。作者發(fā)現(xiàn)CuO NPs對沉積物生物的胞外酶活性、多樣性、群落結(jié)構(gòu)以及功能造成負(fù)面影響，這種負(fù)面影響造成的原因歸功于納米粒子的納米效應(yīng)而非金屬離子效應(yīng)。但當(dāng)用腐殖酸包覆CuO NPs后，其所產(chǎn)生的毒性大大降低。這一研究為闡述CuO NPs的水生生物毒性提供良好的數(shù)據(jù)支撐。評價僅是小編的個人看法，歡迎大家一起進(jìn)行討論。

（1）科研 | Nature子刊：根系分泌的代謝物通過塑造根際微生物群來驅(qū)動植物-土壤對生長和防御的反饋

（2）科研 | ISME：氮沉降對全球土壤微生物的負(fù)效應(yīng) (國人作品)

（3）科研 | ISME：升溫改變功能性微生物群落增強(qiáng)有機(jī)碳分解（國人作品）

（4）科研 | Nature：地球表層土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能

（5）科研 | ISME：空間結(jié)構(gòu)對土壤微生物間一種新型營養(yǎng)缺陷相互作用的影響

（6）綜述|Nature review microbiology：多年凍土的微生物生態(tài)學(xué)

（7）科研 | 多環(huán)芳烴污染對土壤微生物多樣性及共代謝途徑的影響

（8）免費領(lǐng)取文獻(xiàn)包 | 20篇土壤微生物與碳氮相關(guān)文章

培訓(xùn)班推薦??，快來參加，充實自己吧！

1. 微生物組學(xué)分析研討班，誠邀您參加?。ū本?1月28-30日）
   

2. 宏基因組分析專題研討班（北京：12月1-2日）
   

3. 基于多組學(xué)的慢性疾病研究研討班通知（12月17-21日）

4. 實用微生物組學(xué)信息分析精品研討會通知（北京：12月24-27日）

5. SPSS數(shù)據(jù)分析與實戰(zhàn)培訓(xùn)班（頂級團(tuán)隊授課）（上海：12月14-16日，合肥：19年1月11日-13日）