土壤動物腸道中砷轉(zhuǎn)化微生物及其代謝研究取得進展

砷是一種廣泛分布且毒性較強的環(huán)境污染物，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量砷制劑通過工業(yè)排放、畜牧養(yǎng)殖及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等途徑進入農(nóng)田土壤系統(tǒng)，不僅對土壤作物生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響，甚至通過食物鏈對人和動物的健康構(gòu)成威脅。蚯蚓是土壤生態(tài)系統(tǒng)中一個極其重要的生物多樣性儲存庫，經(jīng)常被用做評價土壤健康水平和質(zhì)量的生物標志物，在有機物降解、營養(yǎng)元素的循環(huán)和金屬元素的生物有效性方面起重要作用，研究表明土壤動物腸道微生物能協(xié)助宿主執(zhí)行這些生態(tài)學功能。而進入土壤中的砷污染物會對土壤生物體產(chǎn)生毒性，以前的研究多集中于砷污染物對蚯蚓的毒理效應(yīng)、砷在蚯蚓體內(nèi)的生物富集及形態(tài)。同時厭氧環(huán)境下微生物介導的砷轉(zhuǎn)化過程對砷的形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化、毒性等也具有重要影響。然而，關(guān)于土壤動物腸道內(nèi)砷污染物對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響以及腸道中砷代謝相關(guān)基因與砷形態(tài)相關(guān)性研究較少。

中國科學院城市環(huán)境研究所城市與健康重點實驗室研究員朱永官團隊在土壤動物厭氧腸道中砷轉(zhuǎn)化微生物及代謝方面取得進展。研究成果以Effects of Arsenic on Gut Microbiota and Its Biotransformation Genes in Earthworm Metaphire sieboldi為題發(fā)表在學術(shù)刊物Environmental Science & Technology上。該研究基于16S rRNA高通量測序與高通量定量PCR等技術(shù)研究了不同濃度砷處理28天后典型土壤動物(蚯蚓)腸道微生物群落結(jié)構(gòu)、砷形態(tài)及砷代謝相關(guān)基因。研究發(fā)現(xiàn)土壤中砷污染顯著抑制蚯蚓的生長和存活率，且蚯蚓體內(nèi)砷濃度隨土壤砷濃度增加而增加。腸道微生物群落與周圍土壤環(huán)境微生物存在顯著差異；外源砷污染顯著降低蚯蚓腸道微生物的多樣性組成；此外土壤中五價砷占主導而三價砷是蚯蚓腸道中砷的主要形態(tài)，這與高通量定量PCR測得的砷氧化還原和解毒外排的基因在所有基因中占主導而砷甲基化/去甲基化相關(guān)基因含量很低一致。總之，土壤中砷污染不僅對長期居住于土壤的蚯蚓產(chǎn)生毒害效應(yīng)，還影響其腸道微生物群落的多樣性和結(jié)構(gòu)，同時蚯蚓腸道也是一個微生物介導下砷形態(tài)轉(zhuǎn)化代謝的重要儲存庫。該研究成果為土壤動物腸道微生物作為新的評價土壤健康質(zhì)量的生物標志物的可能性提供了一些參考，也有助于提升人們對土壤動物腸道微生物介導下的砷生物地球化學循環(huán)的認知?！　≡撗芯康玫絿抑攸c研發(fā)計劃和國家自然科學基金面上項目的支持。