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碳纳米管(Carbonnanotubes，CNTs)是一种碳纳米材料，由于其结构独特、性能优良，被广泛应用于材料、能源、医药和环保等领域，不可避免地进入环境，对环境造成影响，甚至会在人体中累积，危害人类健康。同时碳纳米管也会进入污水中，影响污水处理系统。人工湿地(Constructed wetlands，CWs)是一种常用的污水处理方法，微生物是人工湿地系统的关键构成部分，但目前碳纳米管对人工湿地微生物影响的相关研究十分不足。本研究以应用广泛的羟基化多壁碳纳米管(Hydroxylated multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs-OH)为研究对象，在人工湿地微宇宙实验中设置四个植物丰富度水平，共十个植物物种组合(0， 1，3，4)，通过高通量测序分析、理化及环境因子分析，探究碳纳米管对人工湿地微宇宙系统中沙样基质和水样中细菌群落的影响，主要结果如下：
(1)MWCNTs-OH对人工湿地微宇宙系统中沙样和水样细菌丰富度和多样性影响不同。MWCNTs-OH处理显著降低水样中细菌的丰富度和多样性，但沙样的细菌丰富度和多样性在MWCNTs-OH处理后与对照组相比整体稳定性好。一方面可能与沙样和水样中细菌对MWCNTs-OH的接触程度不同、原体系细菌丰富度和多样性差异及植物对基质中MWCNTs-OH的吸收有关；另一方面由于水样中主要为游离状态细菌，而沙样细菌在石英基质表面容易形成生物膜，生物膜中细菌的胞外聚合物或许能帮助细菌不与MWCNTs-OH直接作用，从而保护细菌。
(2)不同植物丰富度的人工湿地微宇宙中细菌丰富度和多样性受MWCNTs-OH的影响无明显规律，同一植物丰富度下MWCNTs-OH所产生的影响不同。MWCNTs-OH处理对最高植物丰富度组及无植物对照组中细菌的丰富度和多样性无显著影响，而显著降低了菖蒲单种组中沙样细菌丰富度和多样性，且显著提高了芦苇、皇冠草和梭鱼草三种植物混种组中沙样细菌多样性。
(3)MWCNTs-OH对沙样细菌群落结构的影响不明显，但对水样中群落结构的影响较显著。在植物丰富度为0、1和4这些组中，MWCNTs-OH实验组和无MWCNTs-OH对照组水样细菌群落结构差异显著，说明MWCNTs-OH对水样细菌群落结构的影响较大。沙样和水样中相对丰度最高的均为变形菌门(Proteobacteria )，在沙样中MWCNTs-OH的添加显著提高了俭菌总门(Parcubacteria)的相对丰度并降低了蓝细菌门(Cyanobacteria)的相对丰度，而在水样中MWCNTs-OH的添加则显著提高了变形菌门和异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus )的相对丰度，显著降低了蓝细菌门、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)和衣原体门(Chlamydiae)的相对丰度，说明水样细菌群落结构受MWCNTs-OH的影响更为显著。另外，MWCNTs-OH的添加导致蓝细菌门相对丰度降低，可能与碳纳米管团聚化遮蔽细胞而影响光合作用有关。
(4)人工湿地微宇宙系统中细菌多样性与氮元素循环密切相关，MWCNTs-OH对沙样和水样氮去除过程均产生影响，且对水样氮去除过程产生的负面影响更大，可能与MWCNTs-OH会降低部分菌群的酶活或损害细菌细胞有关。相关性分析显示：无MWCNTs-OH对照组中，与沙样细菌物种显著相关的环境因子为NH3、N2O、TIN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TOC及pH，与沙样环境因子显著相关的优势菌群为浮霉菌门(Planctomycetes)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和绿弯菌门(Chloroflexi)；添加MWCNTs-OH后，与沙样细菌物种显著相关环境因子为NH3、TIN、pH、NO3--N、NH4+-N、N2O及CH4，与沙样环境因子显著相关的菌群为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)。无MWCNTs-OH对照组中，与水样细菌物种显著相关的环境因子为N2O、NO2--N、NO3--N及NH3，与水样环境因子显著相关的优势菌群为蓝细菌门(Cyanobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)；添加MWCNTs-OH后，与物种显著相关环境因子仅有NH4+-N，仅暂定种糖化细菌门(Candidatus Saccharibacteria)与NH4+-N显著相关。通过探究氮循环功能微生物硝化和反硝化细菌组成情况及MWCNTs-OH产生的影响，发现MWCNTs-OH对不同硝化和反硝化细菌影响各不相同且规律不同，MWCNTs-OH对亚硝化螺旋菌属、气单胞菌属及鞘氨醇单胞菌属影响更明显。
(5)MWCNTs-OH对人工湿地沙样和水样中细菌群落功能方面造成的影响不同。通过PICRUSt功能预测发现，MWCNTs-OH显著提升了沙样中细菌胞外结构的功能丰度，推测与沙样中细菌群落的稳定性密切相关，而对水样中细菌该方面群落功能未造成显著影响；MWCNTs-OH会显著影响沙样和水样中细菌转录功能。
以上研究结果表明MWCNTs-OH对人工湿地微宇宙系统中沙样及水样中细菌丰富度、多样性、群落结构及细菌群落功能等方面都有一定影响，可能与不同介质中细菌对MWCNTs-OH的接触程度、植物对基质中MWCNTs-OH的吸收、细菌主要存在状态及植物与微生物相互作用等因素有关，该研究对了解碳纳米材料对生态环境的影响具有一定意义。
(1)MWCNTs-OH对人工湿地微宇宙系统中沙样和水样细菌丰富度和多样性影响不同。MWCNTs-OH处理显著降低水样中细菌的丰富度和多样性，但沙样的细菌丰富度和多样性在MWCNTs-OH处理后与对照组相比整体稳定性好。一方面可能与沙样和水样中细菌对MWCNTs-OH的接触程度不同、原体系细菌丰富度和多样性差异及植物对基质中MWCNTs-OH的吸收有关；另一方面由于水样中主要为游离状态细菌，而沙样细菌在石英基质表面容易形成生物膜，生物膜中细菌的胞外聚合物或许能帮助细菌不与MWCNTs-OH直接作用，从而保护细菌。
(2)不同植物丰富度的人工湿地微宇宙中细菌丰富度和多样性受MWCNTs-OH的影响无明显规律，同一植物丰富度下MWCNTs-OH所产生的影响不同。MWCNTs-OH处理对最高植物丰富度组及无植物对照组中细菌的丰富度和多样性无显著影响，而显著降低了菖蒲单种组中沙样细菌丰富度和多样性，且显著提高了芦苇、皇冠草和梭鱼草三种植物混种组中沙样细菌多样性。
(3)MWCNTs-OH对沙样细菌群落结构的影响不明显，但对水样中群落结构的影响较显著。在植物丰富度为0、1和4这些组中，MWCNTs-OH实验组和无MWCNTs-OH对照组水样细菌群落结构差异显著，说明MWCNTs-OH对水样细菌群落结构的影响较大。沙样和水样中相对丰度最高的均为变形菌门(Proteobacteria )，在沙样中MWCNTs-OH的添加显著提高了俭菌总门(Parcubacteria)的相对丰度并降低了蓝细菌门(Cyanobacteria)的相对丰度，而在水样中MWCNTs-OH的添加则显著提高了变形菌门和异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus )的相对丰度，显著降低了蓝细菌门、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)和衣原体门(Chlamydiae)的相对丰度，说明水样细菌群落结构受MWCNTs-OH的影响更为显著。另外，MWCNTs-OH的添加导致蓝细菌门相对丰度降低，可能与碳纳米管团聚化遮蔽细胞而影响光合作用有关。
(4)人工湿地微宇宙系统中细菌多样性与氮元素循环密切相关，MWCNTs-OH对沙样和水样氮去除过程均产生影响，且对水样氮去除过程产生的负面影响更大，可能与MWCNTs-OH会降低部分菌群的酶活或损害细菌细胞有关。相关性分析显示：无MWCNTs-OH对照组中，与沙样细菌物种显著相关的环境因子为NH3、N2O、TIN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TOC及pH，与沙样环境因子显著相关的优势菌群为浮霉菌门(Planctomycetes)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和绿弯菌门(Chloroflexi)；添加MWCNTs-OH后，与沙样细菌物种显著相关环境因子为NH3、TIN、pH、NO3--N、NH4+-N、N2O及CH4，与沙样环境因子显著相关的菌群为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)。无MWCNTs-OH对照组中，与水样细菌物种显著相关的环境因子为N2O、NO2--N、NO3--N及NH3，与水样环境因子显著相关的优势菌群为蓝细菌门(Cyanobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)；添加MWCNTs-OH后，与物种显著相关环境因子仅有NH4+-N，仅暂定种糖化细菌门(Candidatus Saccharibacteria)与NH4+-N显著相关。通过探究氮循环功能微生物硝化和反硝化细菌组成情况及MWCNTs-OH产生的影响，发现MWCNTs-OH对不同硝化和反硝化细菌影响各不相同且规律不同，MWCNTs-OH对亚硝化螺旋菌属、气单胞菌属及鞘氨醇单胞菌属影响更明显。
(5)MWCNTs-OH对人工湿地沙样和水样中细菌群落功能方面造成的影响不同。通过PICRUSt功能预测发现，MWCNTs-OH显著提升了沙样中细菌胞外结构的功能丰度，推测与沙样中细菌群落的稳定性密切相关，而对水样中细菌该方面群落功能未造成显著影响；MWCNTs-OH会显著影响沙样和水样中细菌转录功能。
以上研究结果表明MWCNTs-OH对人工湿地微宇宙系统中沙样及水样中细菌丰富度、多样性、群落结构及细菌群落功能等方面都有一定影响，可能与不同介质中细菌对MWCNTs-OH的接触程度、植物对基质中MWCNTs-OH的吸收、细菌主要存在状态及植物与微生物相互作用等因素有关，该研究对了解碳纳米材料对生态环境的影响具有一定意义。