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我校在土壤甲基汞微生物降解研究上取得新进展

核心提示: 我校资源与环境学院土壤微生物生态课题组在环境领域期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Microbial communities associated with methylmercury degradation in paddy soils”的研究论文,揭示了稻田土壤甲基汞降解的微生物群落特征。

南湖新闻网讯(通讯员 周心劝)近日,我校资源与环境学院土壤微生物生态课题组在环境领域期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Microbial communities associated with methylmercury degradation in paddy soils”的研究论文,揭示了稻田土壤甲基汞降解的微生物群落特征。

甲基汞(MeHg)是重金属汞(Hg)毒性最强的有机形态,具有高度的生物富集与生物放大特性,容易进入食物链威胁食品安全与人体健康。大米的摄入是特定区域居民MeHg暴露的重要途径,而稻米中的MeHg主要来源于土壤微生物对无机Hg的甲基化 (Liu et al., 2018, Environ Sci Technol)。同时,作为一种典型的土壤污染物,稻田土壤Hg的积累影响土壤微生物多样性与群落生态功能 (Liu et al., 2018, Microbiome),从而又影响土壤Hg的形态转化。随后的研究发现,土壤非Hg甲基化微生物也会通过直接或间接作用影响MeHg的积累与食物链风险 (Liu et al., 2019, Environ Sci Technol),这可能与土壤MeHg的微生物降解有关。因此,土壤微生物同时驱动了MeHg的产生与降解过程。然而,对稻田土壤MeHg降解的过程与微生物生态学机制一直不清楚。图1 稻田土壤MeHg降解特征与微生物生态类群

图1 稻田土壤MeHg降解特征与微生物生态类群

资源与环境学院科研人员发现土壤灭菌后MeHg含量无显著变化,而未灭菌的土壤MeHg降解率高达56% (图1a),说明微生物在MeHg降解过程中发挥了重要作用。淹水环境更有利于稻田土壤MeHg的降解 (图1b),但添加硫酸盐还原菌和产甲烷菌的抑制剂 (钼酸盐和2-溴乙基磺酸) 对MeHg的降解和微生物群落组成均无显著影响,表明硫酸盐还原菌和产甲烷菌可能不是MeHg污染水稻土中主要的降解菌群。而在好氧环境下,添加Cu2+显著促进了MeHg的降解和Xanthomonadaceae的富集。进一步通过16S rRNA扩增子测序和宏转录组分析一致发现Catenulisporaceae, Frankiaceae, Mycobacteriaceae和Thermomonosporaceaed等微生物类群可能参与了土壤MeHg的降解 (图1c, d)。采用HMM (隐马尔科夫) 模型对宏转录组数据分析,发现Hg还原酶 (MerA) 基因和有机Hg裂解酶 (MerB) 基因的表达无显著变化,意味着土壤MeHg的降解不是通过还原性去甲基化途径 (Zhou et al., 2020, Environ Sci Technol)。以上研究结果为理解稻田土壤MeHg积累机制及生物修复提供重要的理论支撑。

资源与环境学院博士研究生周心劝为论文第一作者,刘玉荣教授为通讯作者,美国橡树岭国家实验室顾宝华教授、华中农业大学冯娇副研究员、硕士生郝芸芸、黄巧云教授也参与了该项研究。

审核人:刘玉荣

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https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.0c00181
      https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.9b03013
      https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-018-0572-7
      https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.8b03052

责任编辑:孔繁霄
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