华中农业大学EST ：中国稻田汞甲基化微生物分布及环境因素解析

文摘 2025-01-18 20:09 浙江

该论文聚焦中国稻田土壤中潜在汞甲基化微生物的分布与环境偏好，通过研究为预测稻田甲基汞生成提供依据，主要内容如下：

1. 研究背景与目的：汞是全球性污染物，微生物可将无机汞转化为神经毒性的甲基汞，而稻田是汞甲基化热点区域。此前对稻田中汞甲基化微生物群落分布及环境驱动因素了解不足，本研究旨在明确其主要驱动因素，为大空间尺度下汞甲基化预测提供微生物学参数。

2. 材料与方法

- 样品采集：涵盖中国 3600km 范围内 105 个典型稻田位点，跨热带、亚热带、暖温带和中温带，海拔 3 - 1230m，采集 0 - 15cm 土层土壤，收获后一周内采样，混合制成复合样，部分 - 20°C 保存用于微生物分析，部分风干过筛用于化学分析。

- 分析方法：用特定引物扩增 hgcA 基因并测序分析汞甲基化群落；实验室测定土壤总汞、甲基汞、pH 等 15 种环境参数；运用多种统计方法分析 hgcA + OTU 丰富度、群落结构差异、环境变量影响及构建预测模型。

3. 结果

- 群落组成：热带和亚热带稻田土壤 hgcA + OTU 丰富度高于温带，不同地形间无显著差异。Desulfobacterota 中 hgcA OTUs 占比最高，Geobacteraceae、Smithellaceae 和 Methanoregulaceae 是主要家族，其比例在不同区域有差异，且在高低汞背景下对甲基汞生产的预测作用不同。

图 1.（a）中国主要水稻产区不同梯度地形和温度区 hgcA 微生物的 OTU 丰富度。（b）不同梯度地形或温度带中科水平 Hg 甲基化群落的组成。（c）三个主要 Hg 甲基化类群在随机森林模型估计的 Hg 甲基化中的重要性。土壤样本来自中国海拔相对较高的第二坡度地形（1000 至 2000 m 范围）和海拔相对较低的第三坡度地形（平均海拔 <500 m）

- 环境关联：土壤因素对 hgcA + 群落变化解释度高于地理和气候因素，pH 对群落结构影响大。Geobacteraceae 的 hgcA 基因比例受海拔、pH 和 DOC 影响；Smithellaceae 受海拔、C/N 比和 SOC 影响；Methanoregulaceae 受经度、pH 和 C/N 比影响。气候通过改变土壤参数间接影响群落，土壤性质有直接关联。

- 空间分布：基于环境参数用随机森林算法预测三大优势家族分布，在中国主要稻区差异明显，如 Methanoregulaceae 在南方亚热带更普遍，Geobacteraceae 在中国东部低海拔梯度较高，Smithellaceae 和 Methanoregulaceae 在西部第二梯度地形丰度较高。

4. 讨论：本研究确定的优势汞甲基化微生物与其他环境有异同，土壤 pH 和 C/N 比是影响汞甲基化群落关键因素，海拔也有影响。研究虽能预测分布，但存在微生物群落变异性等不确定因素，未来需深入研究环境因素、采用新技术提升对汞甲基化理解与预测能力。

5. 环境意义：研究揭示了汞甲基化微生物地理分布与环境偏好，确定关键土壤属性和海拔对其分布的作用，生成预测图，有助于预测甲基汞生产、生物累积及健康风险，为构建甲基汞生产预测模型奠定基础，但仍需进一步明确汞甲基化群落与净甲基汞生产关系。

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