土壤動(dòng)物腸道中砷轉(zhuǎn)化微生物及其代謝研究取得進(jìn)展

砷是一種廣泛分布且毒性較強(qiáng)的環(huán)境污染物，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量砷制劑通過(guò)工業(yè)排放、畜牧養(yǎng)殖及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等途徑進(jìn)入農(nóng)田土壤系統(tǒng)，不僅對(duì)土壤作物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不良影響，甚至通過(guò)食物鏈對(duì)人和動(dòng)物的健康構(gòu)成威脅。蚯蚓是土壤生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)極其重要的生物多樣性?xún)?chǔ)存庫(kù)，經(jīng)常被用做評(píng)價(jià)土壤健康水平和質(zhì)量的生物標(biāo)志物，在有機(jī)物降解、營(yíng)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(dòng)物腸道微生物能協(xié)助宿主執(zhí)行這些生態(tài)學(xué)功能。而進(jìn)入土壤中的砷污染物會(huì)對(duì)土壤生物體產(chǎn)生毒性，以前的研究多集中于砷污染物對(duì)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(shí)厭氧環(huán)境下微生物介導(dǎo)的砷轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)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(dòng)物腸道內(nèi)砷污染物對(duì)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(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所城市與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員朱永官團(tuán)隊(duì)在土壤動(dòng)物厭氧腸道中砷轉(zhuǎn)化微生物及代謝方面取得進(jìn)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(xué)術(shù)刊物Environmental Science & Technology上。該研究基于16S rRNA高通量測(cè)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(dòng)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(zhǎng)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?chē)寥拉h(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(jià)砷占主導(dǎo)而三價(jià)砷是蚯蚓腸道中砷的主要形態(tài)，這與高通量定量PCR測(cè)得的砷氧化還原和解毒外排的基因在所有基因中占主導(dǎo)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(duì)長(zhǎng)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(shí)蚯蚓腸道也是一個(gè)微生物介導(dǎo)下砷形態(tài)轉(zhuǎn)化代謝的重要儲(chǔ)存庫(kù)。該研究成果為土壤動(dòng)物腸道微生物作為新的評(píng)價(jià)土壤健康質(zhì)量的生物標(biāo)志物的可能性提供了一些參考，也有助于提升人們對(duì)土壤動(dòng)物腸道微生物介導(dǎo)下的砷生物地球化學(xué)循環(huán)的認(rèn)知。　　該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的支持。