聚丙烯纳塑料影响生物脱氮和功能基因的机制

选取聚丙烯纳米塑料(PP NPs)为研究对象探究其对生物脱氮的影响.通过检测各反应器中水质指标、氮转化功能基因丰度和污泥系统脱氮过程中物质代谢含量,并采用Pearson相关性分析及线性回归模型分析等方法,探索不同浓度PP NPs(1~100mg/L)对生物脱氮和功能基因的影响及机制.结果表明,随着PP NPs浓度升高,抑制作用增强.低浓度PP NPs对脱氮性能的影响较微弱,100mg/L PP NPs影响下出水COD、出水氨氮、好氧末端硝酸盐氮去除率分别降低到85%,91.4%,66%.qPCR表明,除nirK基因和norB基因外,其余氮转化功能基因的丰度随PP NPs浓度的升高而逐渐降低,其中16S rRNA,amoA,nxrA,narG,napA,nirS,nosZ基因分别最高降低6.82%,23.78%,26.25%,14.56%,24.90%,26.37%,21.04%.随着PP NPs浓度升高,细胞内ROS和LDH含量分别最高增加了33.36%,13.55%,污泥细胞氧化应激状态严重,导致细胞膜结构受损、细胞活性下降.Pearson相关性表明,理化参数与部分功能基因之间存在较强的相关性.1mg/L PP NPs胁迫下,好氧末端硝酸盐氮与功能基因的负相关性变为正相关性.1~100mg/L PP NPs胁迫下,出水氨氮与nxrA、nirK、norB基因间呈不同程度的正相关性.线性回归模型表明,amoA和nxrA是氨氧化和硝化的关键驱动因素,nirS是亚硝酸盐还原的关键驱动因素,nosZ和narG是反硝化的关键驱动因素.该研究从分子生物学角度揭示PP NPs对生物脱氮的影响及机制.