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    土壤微生物生態課題組在土壤甲基汞微生物降解研究上取得新進展
    發布時間:2020-06-12

    近日,資源與環境學院土壤微生物生態課題組在環境領域期刊Environmental Science & Technology上發表了題為“Microbial communities associated with methylmercury degradation in paddy soils”的研究論文,揭示了稻田土壤甲基汞降解的微生物群落特征。

    甲基汞(MeHg)是重金屬汞(Hg)毒性最強的有機形態,具有高度的生物富集與生物放大特性,容易進入食物鏈威脅食品安全與人體健康。大米的攝入是特定區域居民MeHg暴露的重要途徑,而稻米中的MeHg主要來源于土壤微生物對無機Hg的甲基化 (Liu et al., 2018, Environ Sci Technol)。同時,作為一種典型的土壤污染物,稻田土壤Hg的積累影響土壤微生物多樣性與群落生態功能 (Liu et al., 2018, Microbiome),從而又影響土壤Hg的形態轉化。隨后的研究發現,土壤非Hg甲基化微生物也會通過直接或間接作用影響MeHg的積累與食物鏈風險 (Liu et al., 2019, Environ Sci Technol),這可能與土壤MeHg的微生物降解有關。因此,土壤微生物同時驅動了MeHg的產生與降解過程。然而,對稻田土壤MeHg降解的過程與微生物生態學機制一直不清楚。

    圖1 稻田土壤MeHg降解特征與微生物生態類群

    圖1 稻田土壤MeHg降解特征與微生物生態類群

    資源與環境學院科研人員發現土壤滅菌后MeHg含量無顯著變化,而未滅菌的土壤MeHg降解率高達56% (圖1a),說明微生物在MeHg降解過程中發揮了重要作用。淹水環境更有利于稻田土壤MeHg的降解 (圖1b),但添加硫酸鹽還原菌和產甲烷菌的抑制劑 (鉬酸鹽和2-溴乙基磺酸) 對MeHg的降解和微生物群落組成均無顯著影響,表明硫酸鹽還原菌和產甲烷菌可能不是MeHg污染水稻土中主要的降解菌群。而在好氧環境下,添加Cu2+顯著促進了MeHg的降解和Xanthomonadaceae的富集。進一步通過16S rRNA擴增子測序和宏轉錄組分析一致發現Catenulisporaceae, Frankiaceae, Mycobacteriaceae和Thermomonosporaceaed等微生物類群可能參與了土壤MeHg的降解 (圖1c, d)。采用HMM (隱馬爾科夫) 模型對宏轉錄組數據分析,發現Hg還原酶 (MerA) 基因和有機Hg裂解酶 (MerB) 基因的表達無顯著變化,意味著土壤MeHg的降解不是通過還原性去甲基化途徑 (Zhou et al., 2020, Environ Sci Technol)。以上研究結果為理解稻田土壤MeHg積累機制及生物修復提供重要的理論支撐。

    資源與環境學院博士研究生周心勸為論文第一作者,劉玉榮教授為通訊作者,美國橡樹嶺國家實驗室顧寶華教授、華中農業大學馮嬌副研究員、碩士生郝蕓蕓、黃巧云教授也參與了該項研究。

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