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Microorganisms北京市科学技术研究院刘艳菊团队：叶片性状驱动叶际细菌群落构建及其对交通源多环芳烃降解潜力研究

已有 147 次阅读 2026-3-30 15:57 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

交通排放是城市多环芳烃 (PAHs) 的主要来源，其对人体健康的潜在风险已引起广泛关注。植物叶片及其表面的微生物 (叶际微生物) 在拦截和降解空气中的PAHs方面发挥着重要作用。然而，不同树种的叶片特性 (如大小、形态) 以及空间因素 (如采样高度) 如何影响叶际微生物群落的构建，进而调控其PAHs降解功能，目前尚缺乏系统研究。

近日，北京市科学技术研究院分析测试研究所 (北京市理化分析测试中心) 刘艳菊团队在 Microorganisms 期刊发表研究论文，以北京市交通干道旁20种常见绿化树种为对象，系统探究了叶片PAHs富集特征、叶际细菌群落结构及其潜在降解功能。研究揭示了叶片性状驱动微生物群落构建的关键机制，并鉴定出一批具有PAHs降解潜力的核心细菌类群，为优化城市植物配置、提升空气净化功能提供了理论依据和候选微生物资源。

研究内容及结果

1.叶片性状驱动叶际细菌群落的确定性组装，且群落结构与高分子量PAHs特异性相关

研究发现，叶片面积、形态和采样高度显著影响叶际细菌群落的组装过程。基于标准化随机率 (NST) 分析，在中等面积叶片 (11.8–40.1 cm²)、单叶以及采样高度低于2.3米或高于3米的叶片上，确定性过程主导了群落构建；而在微小叶片、复叶及低矮位置 (<2.3米) 的叶片上，随机性过程占主导地位。

尽管叶片上富集的PAHs以低分子量 (2–4环) 化合物为主，但Mantel检验揭示，叶际细菌群落整体结构与高分子量 (4–6环) PAHs (如苯并 (a) 蒽、苯并 (e) 芘、苉) 呈显著正相关，而与低分子量PAHs无显著关联。这种关联在中等面积叶片、中低高度 (1.9–3.7米) 及复叶上尤为突出 (图1，图2)。

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图1. 叶片性状和环境因素对叶际细菌群落构建过程中确定性/随机性过程的影响

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图2. 叶际细菌群落整体结构与高分子量PAHs的相关性及其对叶片性状的依赖

2.鉴定出一批具有PAHs降解潜力的核心细菌类群

通过Spearman相关性分析和FAPROTAX功能预测，研究团队鉴定出一批与PAHs浓度呈显著正相关的潜在降解菌。10个优势物种 (如 Kocuria rosea、Serratia symbiotica、Massilia sp. WG5 及多个尚未能培养的菌种如 Hymenobacter、Sphingomonas 等) 与特定PAHs显著相关。同时，FAPROTAX功能预测发现，14个物种 (隶属于 Acinetobacter、Nocardioides、Gordonia、Rhodococcus 等6个属) 被注释具有“芳香族化合物降解”功能，其丰度与多种PAHs浓度呈正相关，为理解叶际微生物的PAHs降解机制提供了关键的候选菌株资源 (图3，图4)。

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图3. 叶际优势细菌与特定PAHs化合物的相关性

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图4. 叶际中具有“芳香族化合物降解”功能的细菌与特定PAHs的潜在关联

研究总结

本研究揭示了北京市交通干道树木叶际细菌群落构建的驱动因素，阐明了叶片性状通过确定性过程塑造微生物群落，并进而影响其对高分子量PAHs的降解潜力。研究鉴定出一批具有PAHs降解潜力的核心细菌类群，为理解城市树木的“微生物辅助净化”功能提供了新视角。未来可通过优化树种选择 (如配置中面积、单叶树种) 和定向调控关键微生物群落，增强城市绿地系统对交通源PAHs的净化能力。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2076-2607/14/2/334