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塑料制品的大量使用及其不当处理带来的生态环境风险引发了越来越多的关注。大量塑料制品进入环境之后在光、微生物或机械力的作用下分解成微(纳米)塑料(<5mm),进而将诱导更加严重的生态风险和健康危害。大量污水夹杂着微塑料涌入污水处理厂,污水处理过程中可以去除98.3%以上的微塑料,导致污水处理厂的污泥成为陆地环境中微塑料含量最高的汇集库和风险源。我国污水厂的污泥中微塑料的浓度在1.0～56.4颗粒/g(污泥干重)之间,污泥厌氧消化产氢是国内外将污泥进行资源化利用的重要方式之一,而有关微塑料的存在对污泥再利用影响的研究依然较为缺乏。探究微(纳米)塑料对厌氧产氢体系中的微生物的毒性效应和作用机制对污泥能资源化具有积极意义。另一方面,微(纳米)塑料因具有体积小,比表面积大的特点,不可避免地会吸附疏水性有机微污染物(POPs),其中全氟辛烷磺酸(PFOS)作为一种典型的持久性的POPs,普遍存在于生活污水和工业废水中,因其单体具有较大的毒性及与微塑料有较强的吸附亲和性(300-1800ng/g)会对消化产氢功能微生物产生联合毒性效应。并且PFOS是塑料产品的一种添加剂,在不同水体的微(纳米)塑料中被检测到。因此,本研究将以污泥中的嗜热产氢菌为暴露对象,以葡萄糖为底物,选择代表性微(纳米)塑料氨基聚苯乙烯(NPS:70 nm;0.2 mg/L)和全氟辛烷磺酸盐(PFOS:0.1、1和5 mg/L)为目标污染物,解析NPS和PFOS单独和联合暴露对嗜热产氢菌的代谢毒性效应和潜在的作用机制。具体的研究结果如下:(1)将嗜热菌在在一定的条件下(T=55℃、pH5.7)暴露于不同浓度的NPS和PFOS一周,以氢气的累积量、VFAs的产生量作为其对嗜热菌的代谢毒性指标,结果显示单一 NPS对产氢嗜热菌的代谢表现出明显的干扰,氢气产量较空白组降低53.9%,单一 PFOS致产氢量较空白组最高降低19.1%。然而,NPS+PFOS的复合却产生了拮抗作用,致产氢量较空白组减少27.4%～31.6%。进一步通过16S rRNA分析表明:NPS单独暴露下导致污泥颗粒里的OTU数量比空白(94 OUTs)少37 OTUs,但当NPS和PFOS联合暴露下OTU数量比空白少17 OTUs,再一次表明单一 NPS的毒性要比NPS+PFOS混合污染物的毒性更大,即NPS和PFOS对嗜热产氢菌的联合毒性类型为拮抗。然而,单独作用和复合作用发酵末端产物相同,即都没有改变产氢的类型。(2)细菌胞外聚合物包含各种酶、核酸和脂质,是微生物抵抗外部干扰和毒性(例如纳米颗粒)的重要屏障,其组成成分和结构的变化对微生物的生理功能有重要影响。因此分析了三种胞外聚合物的组成成分、表面特性及关键水解酶酶活。结果表明,NPS单独和NPS+PFOS复合不仅会引起胞外聚合物(EPS)的组成变化和蛋白的π键结构变化,而且还降低了 EPS中的表面电荷和水解酶活性。扫描电镜结果显示暴露于NPS的污泥结构比空白组更松散,污泥表面有大量纳米颗粒附着,NPS吸附在颗粒污泥表面会阻碍细胞内外物质和能量的交换,从而降低了细菌的生理代谢。(3)为了进一步阐明NPS和PFOS对嗜热产氢菌的致毒机制,分别利用荧光探针4’,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)和二氯二氢荧光素二乙酸盐(H2DCF-DA)来检测单独的NPS和NPS+PFOS联合暴露对嗜热菌细胞渗透性和细胞内活性氧的水平的影响。研究结果表明与NPS单独暴露相比,膜渗透性染料对暴露于NPS+PFOS的嗜热菌的渗透性较低,最高可少4.32%。而且嗜热菌产生的活性氧比NPS单独暴露产生的少0.77-1.77倍,但仍显著高于对照组,是空白组的1.45～1.86倍,即PFOS的添加减轻了 NPS的毒性作用。总之,单一 NPS以及NPS+PFOS联合对嗜热产氢菌毒性机制主要为诱导细胞膜通透性增加及氧化应激。