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随着纳米颗粒等新材料的广泛应用，大量新兴面源污染物进入农业环境，引起社会各界的关注。纳米颗粒可通过多种途径进入稻田等生态系统，对稻田生态系统具有潜在生态风险，并可能会危及粮食安全和人类健康。进入稻田系统的纳米颗粒将首先沉降并累积于土水界面，与广泛分布于土水界面的周丛生物发生相互作用。周丛生物对稻田土水界面的物质迁移和转化有重要作用，其与纳米颗粒的相互作用将直接影响纳米颗粒在稻田土水界面的环境行为，并进一步影响其在整个稻田生态系统的生态风险。因此，为了深入揭示纳米颗粒在稻田中的环境行为规律，以及科学评估纳米颗粒的农业生态风险，本文以典型金属氧化物纳米颗粒和周丛生物作为主要研究对象，通过模拟暴露实验，采用同步辐射软X射线生物成像、高通量测序、1H核磁共振等分析技术，考察了金属氧化物纳米颗粒暴露对周丛生物的生理生态毒性效应，并着重探讨周丛生物通过其在聚集结构和群落组成上的优势对纳米颗粒胁迫的抵抗和适应机制。主要研究结果如下: (1)揭示了纳米颗粒在周丛生物中的分布转化特征及其对微生物细胞和群落的影响。在氧化铈纳米颗粒(CeO2NPs)暴露后的周丛生物群落中，CeO2NPs更多的分布在结构简单的异养细菌（芽孢杆菌和芽单胞菌）中，并对其造成了严重的氧化损伤和结构破坏;而其在丝状以及球状的蓝藻细胞（鞘丝藻和念珠藻）中分布很少，其细胞受到的损伤和破坏较小。进一步对其细胞结构的观测表明，不同微生物在细胞结构上的差异是导致CeO2NPs在群落中不均匀分布的主要原因，鞘丝藻和念珠藻等蓝藻细胞具有较厚的黏质保护鞘，能够阻止纳米颗粒的进入，从而保护细胞抵抗纳米颗粒胁迫。同时进入微生物细胞的CeO2NPs发生了形态的转化，一部分Ce(Ⅳ)转化为Ce(Ⅲ)。高通量测序表明，CeO2NPs长期暴露下导致周丛生物的群落组成发生了变化，鞘丝藻和念珠藻等蓝藻的丰度显著升高，而一些敏感的细菌丰度显著降低。CeO2NPs在周丛生物群落中的不均匀分布，导致了长期作用下群落组成的相应变化。 (2)明确了周丛生物不同组分胞外聚合物(EPS)对纳米颗粒的抵抗功能。周丛生物EPS能够保护其微生物细胞抵抗氧化铁纳米颗粒(IONPs)的氧化损伤等毒性。不同组分的EPS具有不同的化学组成和抵抗功能，含亲水基团较多的可溶性EPS能够显著提高IONPs的水合粒径并促进其团聚，含蛋白质较多的松散结合态EPS能够在周丛生物表面有效的吸附结合IONPs，而含多糖较多的紧缚结合态EPS能够保持周丛生物的紧密聚集结构并形成物理屏障阻止纳米颗粒的进入。傅里叶红外光谱和1H核磁共振分析表明，周丛生物EPS具有丰富的羧基、羟基、胺基等表面官能团，使其与纳米颗粒具有很强的结合能力。而IONPs的暴露能够反过来促进周丛生物EPS的大量产生，同时能够改变所产生EPS的组成并使其具有更丰富的表面官能团，增强其与纳米颗粒的结合能力。 (3)揭示了周丛生物在生理生态水平对纳米颗粒胁迫的适应机制。IONPs能够进入周丛生物的微生物细胞中，破坏细胞结构，并对周丛生物的抗氧化能力和光合作用等生理特征造成影响。但是周丛生物能够通过其微生态特征的变化响应纳米颗粒胁迫。高通量测序表明，IONPs暴露下，其群落组成发生显著变化，群落中分布更多的具有较强纳米颗粒抗性的微生物物种;同时，其微生物多样性显著提高，增强了其对外界干扰的抵抗能力;GC-MS检测到在纳米颗粒胁迫下周丛生物产生了更多的化感物质等次生代谢产物，增强微生物之间的相互作用，来调控微生物的生长和群落组成，应对纳米颗粒胁迫。周丛生物能够同时在微生态水平对纳米颗粒胁迫进行响应，体现了其在适应纳米颗粒毒性上的集体优势。 (4)探讨了纳米颗粒胁迫对周丛生物功能的影响，以及其与群落组成结构变化的关系。在二氧化钛纳米颗粒(TiO2NPs)的长时间胁迫下，周丛生物的群落组成发生了不可逆的变化，蓝藻（cyanobacteria），鞘脂杆菌（Sphingobacteriia）和螺旋体（Spirochaetes）成为了群落中新的优势物种。但是周丛生物能够快速的适应纳米颗粒胁迫，并维持其污染物去除（COD和Cu2+）和碳代谢等功能的可持续性。群落的功能冗余性和EPS的保护作用是周丛生物适应纳米颗粒胁迫并维持其功能稳定的重要机制。虽然TiO2NPs胁迫使周丛生物群落发生变化，造成敏感细菌丰度显著降低，但其改变后的群落与原始群落具有相同的生态过程速率，展现出周丛生物群落良好的功能冗余性。另一方面，纳米颗粒胁迫下，周丛生物大量产生EPS，并使EPS中蛋白质所占比例要显著高于对照，从而使EPS具有更强的纳米颗粒结合能力。