项目文章 | 恭喜王琳课题组环境污染修复微生物组最新研究成果荣登Chemosphere

2022-07-15 08:16:09, 星标关注上海欧易生物医学科技有限公司

中文标题：雄黄矿附近植物修复土壤中重金属生物可给性、土壤特性和微生物群落之间的相互作用

发表期刊：Chemosphere

IF：7.086

主要研究技术：微生物多样性测序、ICP-MS

研究背景

矿产开采活动是导致土壤中有毒污染物的重要来源，矿山尾矿的沉积会不断向周围生态系统释放重金属，对人类健康构成潜在风险。pH、总有机碳（TOC）和阳离子交换容量（CEC）等物理化学性质对土壤中的微生物群落有很大影响。

近期研究表明土壤中重金属的过量输入会破坏生物代谢，降低酶活性，影响微生物的生态功能，导致土壤对外界干扰的抵抗力下降。另一方面，微生物也参与土壤中各种污染物的修复，加速解毒和去除污染。由于重金属的总浓度与其生物可给性间不相关，而金属毒性与生物可给性间存在密切联系，因此对生物给及性金属的评估将有助于深入了解重金属对土壤中微生物群落的影响。

研究概述

本研究在超积累植物修复下代表性砷（As）污染区域收集土壤样品，通过16S rRNA基因测序表征土壤样品中微生物群落的相对丰度和多样性，并提取和测定重金属的总浓度、生物可给浓度以及土壤理化性质，以期：①表征植物修复土壤的理化性质和重金属污染；②调查微生物群落与环境参数之间的潜在关系；③通过多元统计分析揭示影响微生物群落结构的关键因素。

主要研究结果

1. 理化指标和重金属浓度测定

通过引入超积累植物种类，污染土壤的pH值范围扩大了。与pH值不同，其他理化参数在对照土（A、B、C）和修复土中的分布模式没有明显差异。修复土壤样品中As总浓度均高于背景均值，而未进行修复的废弃矿附近样品 As含量较高。结果表明，超富集植物修复对缓解污染土壤砷污染有明显贡献，而废弃区经植物修复后仍存在严重的As污染。

图1 土壤样品中pH、TOC、CEC和EC的分布规律

2. 理化性质与重金属的相关性

土壤样品虽然存在As污染，但土壤的理化参数与总As和生物可给性As浓度显著相关性。在土壤中，pH、EC与其它重金属的浓度之间也不存在显著的相关性。相较于重金属浓度，土壤理化参数与重金属生物可给性浓度之间存在正、负相关关系，表明土壤理化性质对生物可给性库的依赖程度大于重金属总浓度。

表2 壤理化参数与重金属含量的Pearson相关系数（*p < 0.05，**p < 0.01）

3. 微生物群落分析

在门分类学水平上，变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门和厚壁菌门的相对丰度最高，合计占据微生物相对丰度的90%以上。本研究发现的优势菌门与矿区附近的其他土壤相似。PCA分析揭示对照C（稻田土）与其他土样有显著差异，S1-S16分成两个类群，其中蓝色类群为pH > 6.5的样本，红色类群为pH < 6.0的样本。结果表明，土壤微生物群落结构主要取决于土地利用类型，而土地利用类型决定了土壤pH和TOC等性质。

图3 土壤样本中相对丰度排名Top15的门组成柱状图（左）和基于OTU水平的PCA分析（右）

4. 微生物群落与环境因子的相互作用

门水平的RDA分析第一轴主要由pH驱动，第二轴主要由As驱动。土壤样品中与pH、CEC和EC最相关的Latescibacteria，Zixibacteria和Nitrospirae 3个门类相对丰度在0.1%-3.2%之间，除稻田土外，其它土壤样本中与As相关的4个细菌门类的总相对丰度低于1.0%。属水平的Spearman分析显示，pH与部分属水平物种相关，而没有发现与CEC、TOC、重金属总浓度相关的属。与重金属生物可给性显著相关的6个属从属于3个相对丰度较高的生物学门类。此外，没有观测到与总As或其生物可给性相关的属。本研究表明，土壤中微生物群落的相对丰度是所有环境因素共同作用的结果。

图4 土壤样品中菌群和环境因子的冗余分析（RDA）（左）和基于Spearman相关性系数的热图分析（右）

参考文献

Xiao W, Lin G, He X, Yang Z, Wang L. Interactions among heavy metal bioaccessibility, soil properties and microbial community in phyto-remediated soils nearby an abandoned realgar mine. Chemosphere. 2021 Jul 22; 286(Pt 1):131638.

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