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类固醇雌激素(Steroid estrogens,SEs)在极低浓度下就可对水生生物的内分泌系统和生理状态产生不利影响,受到广泛关注。SEs通常经城市尾水和农畜废水进入湖泊生态系统,未被生物利用的SEs易吸附在沉积物中,成为潜在的二次污染源。近年来,气候变暖及人类活动致使全球范围内淡水湖泊富营养化加剧,伴随外源输入和蓝藻暴发等极端事件,大量陆源有机质(Organic matter,OM)和生源性OM进入沉积物中,不仅改变了沉积物OM的浓度及组成,也影响着沉积物中污染物的生物地球化学循环。作为湖泊环境中异养微生物的最重要碳源和能量来源,OM对微生物群落结构组成及其分解污染物功能具有直接作用。同时,由于富营养化湖泊中蓝藻沉降、水生植物残体分解等会消耗大量的溶解氧,致使沉积物呈现缺氧/厌氧环境,因此污染物的厌氧生物降解也与硝酸盐(NO3–)、三价铁(Fe(III))、硫酸盐(SO42-)等非O2电子受体密切相关。然而,目前关于不同来源OM对沉积物中SEs厌氧生物降解的影响鲜有报道,也缺乏对微生物机制的深入探讨。本研究以中国典型营养化淡水湖泊—太湖为研究对象,以17α-乙炔雌二醇(17α-ethinylestradiol,EE2)为典型SEs,研究了生源OM和陆源OM介导下沉积物对EE2的吸附及厌氧生物降解特征,分析了Fe(III)、NO3–、SO42-等电子受体的变化规律,揭示了微生物群落结构和功能对OM和外源电子受体的响应机制。主要研究内容和结果如下:(1)通过透析平衡实验研究了藻源OM(Algal-derived OM,AOM)、草源OM(Plant-derived OM,POM)和陆源OM中腐殖酸(Humic acid,HA)对EE2的络合作用及对沉积物吸附EE2的影响特征。通过紫外和荧光光谱分析,AOM和POM在组成和结构上接近,以类酪氨酸和类色氨酸物质组分为主,而HA以类腐殖酸和类富里酸物质为主,其芳香度、腐殖化程度、分子质量均高于生源OM。三种OM可与EE2发生不同程度的化学络合,络合过程符合Freundlich方程(R~2>0.92),络合作用大小为POM<AOM<HA。傅里叶变换红外光谱(FTIR)表明,π-π相互作用和氢键是OM与EE2络合的重要机制,故富含芳香结构的HA与EE2的络合作用最强。吸附实验表明三种OM通过吸附竞争机制不同程度地抑制了沉积物对EE2的吸附,抑制作用与其对EE2的亲和力大小一致,且随OM浓度增加而增强。因此,类腐殖组分在EE2的化学络合及沉积物吸附中占主导作用。(2)探究了生源OM和陆源腐殖质(Humic substances,HS)介导下太湖沉积物中厌氧C矿化、Fe(III)还原、酶活性等微生物群落活性的变化,分析了OM种类与浓度对沉积物中EE2厌氧生物降解的影响特征。通过EEM-PARAFAC分析得到两种类蛋白质组分及三种类醌结构组分,其中AOM和POM以类蛋白质组分为主(分别为55%和65%),而陆源HS以难降解的类醌类结构为主(97%)。生源OM和陆源HS的添加均促进了沉积物中的C矿化和Fe(III)还原,但生源OM的底物启动效应更强。代谢酶活性分析显示,OM添加后微生物代谢活性(FDA水解酶和脱氢酶)提高,并且3 mg·g–1OM的促进作用大于1 mg·g–1OM。与此一致,OM对沉积物中EE2厌氧生物降解的促进作用与添加浓度正相关,相关分析也表明C矿化、Fe(III)还原均与EE2生物降解呈显著正相关。EE2降解率遵循HS>AOM>POM,这主要是因为HS中丰富的类醌组分可作为末端电子受体或是电子穿梭体与Fe(III)还原耦合,更有利于EE2生物降解。(3)OM的输入提高了微生物群落的α和β多样性。Actinobacteriota,Acidobacteriota,Bacteroidota和Nitrospirota是沉积物中的主要菌门。OM中不同组分与微生物OTUs之间的相关性网络分析表明,Gammaproteobacteria,Nitrospirota和Desulfobacterota等菌群主要与类蛋白组分相关,Actinobacteriota,Anaerolineae,Desulfobacterota,Thermodesulfovibrionia和Gammaproteobacteria与类腐殖质组分相关。Thermodusfovibrionia,Clostridia,Bacteroidetes_vadin HA17等Fe(III)还原菌与类腐殖质组分呈正相关关系。添加OM提高了微生物群落中代谢相关功能基因的丰度,虽然生源OM处理中与外源性物质生物降解代谢相关的功能基因丰度高于陆源HS处理组,但HS中的醌类和半醌类物质提供的氧化还原条件可能更有利于EE2降解功能基因的表达。(4)比较了硫还原和氮还原条件下EE2的厌氧生物降解情况,并在此基础上分析了AOM的影响特征与机制。结果表明,硫还原和氮还原均显著促进了EE2的厌氧生物降解,且NO3-先于SO42-被还原。EE2降解率随培养时间的延长而增加,并且添加AOM进一步促进了EE2的厌氧降解。微生物群落分析显示,SO42-和NO3-处理组中微生物群落多样性降低。丰度分析显示硫酸盐还原菌属Desulfobulbus,norank_c_Thermodesulfovibrionia在SO42-处理组中富集,而反硝化菌属Pseudomonas,Thiobacillus主要在NO3-处理组中富集。KEGG功能基因预测分析显示,硫还原和氮还原条件下添加AOM后,与氨基酸、糖类、能量代谢以及外源性物质生物降解和代谢相关功能基因丰度升高。同时,与细胞运动性、运输分解和代谢相关功能基因丰度也有所提高。总体而言,陆源和生源OM的输入有利于沉积物中EE2的厌氧生物降解,但不同还原条件下影响机制不同。