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我所揭示土壤微生物在砷、锑污染环境下的生存策略

发布时间:2021-04-08 16:11:00.0  |  【打印】 【关闭

       近日,广东省科学院生态环境与土壤研究所孙蔚旻研究员团队通过利用地球化学分析、高通量测序、宏基因组测序、随机森林模型和共现网络等方法,在微生物在极端环境中的生存策略研究方面取得了新进展。其相关研究成果《Arsenic and antimony co-contamination influences on soil microbial community composition and functions: Relevance to arsenic resistance and carbon, nitrogen, and sulfur cycling》发表在国际环境领域权威期刊《Environment International》(IF=7.577)。
       由于采矿活动的长期存在,不但对环境造成了砷和锑的严重污染,同时也影响了土著微生物群落的生存。近年来,一些矿区采用生态修复的方法,在一定程度上缓解了环境污染,使土著微生物的结构和功能也随之发生了相应变化。在本次研究中,团队选取了石门雄黄矿区两个不同污染程度的土壤样品,以土壤微生物群落在砷和锑污染生境下的代谢潜力为切入点开展研究,通过比较不同污染程度土壤中微生物群落结构和功能的差异,再结合宏基因组学和多元统计方法,揭示了土壤微生物在此环境下的代谢潜力及生态适应性机制。此外,团队还选择了利用碳、氮、硫循环相关的功能基因,评估它们与地球化学参数的相互作用。
      研究表明,不同污染程度区域的微生物群落具有显著的差异,重污染区(S1)微生物多样性大于轻污染区(S2),菌株Sphingomonas、Nocardioides、Galella、Marmorcola、Bacillus、Lysobacter、Sulfurifustis和Streptomyces在S1显著富集。经过共线性网络分析显示,砷、锑对微生物群落产生了实质性影响。随后,研究团队进一步利用宏基因测序分析,检测到与砷、锑抗性相关基因:ASNA1、arsR、arsH、ARSC1,arsC、ARSC2,arsC、arsB、aioAB、ACR3,同时砷、锑元素与砷抗性基因、碳固定、氮循环和硫循环相关基因存在显著正相关。此外,通过统计分析和功能基因分类分析发现,菌株Nocardioides、Sphingomonas、Streptomyces、Bradyrhizobium和Burkholderia可能是一些关键物种,且对砷、锑具有较高的耐受性。在共线性网络分析下,团队还发现砷、锑污染富集了一些砷、锑抗性微生物(Nocardioides、Sphingomonas、Streptomyces、Bradyrhizobium和Burkholderia),揭示出土壤微生物在砷、锑污染的极端环境下的生态适应性机制,为利用微生物修复重金属污染场地奠定了理论基础。
      孙蔚旻研究员团队自组建以来,在科研攻坚的道路上不断开拓进取,提出了微生物在金属污染极端环境下的主要生存策略的模型(Environ Sci Technol 2018,52(22):13370−13380; Appl Environ Microb 2018,84(24):e00701-00718; Microb Ecol 2019,78:651–664; Environ Sci Technol 2020,54(10):6082–6093; Environ Sci Technol 2020,54(18):11258–11270)。该研究成果为该模型的进一步完善提供了有力的补充。

 

 

Yongbin Li, Miaomiao Zhang, Rui Xu, Hanzhi Lin, Xiaoxu Sun, Fuqing Xu, Pin Gao, Tianle Kong, Enzong Xiao, Nie Yang, Weimin Sun, Arsenic and antimony co-contamination influences on soil microbial community composition and functions: Relevance to arsenic resistance and carbon, nitrogen, and sulfur cycling. Environment International 2021

https://doi.org/10.1016/j.envint.2021.106522

 

(土壤生态修复研究团队  李永斌/供稿)

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