土壤動物腸道中砷轉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境污染物，隨著社會經濟的快速發展，大量砷制劑通過工業排放、畜牧養殖及農業生產等途徑進入農田土壤系統，不僅對土壤作物生長發育產生不良影響，甚至通過食物鏈對人和動物的健康構成威脅。蚯蚓是土壤生態系統中一個極其重要的生物多樣性儲存庫，經常被用做評價土壤健康水平和質量的生物標志物，在有機物降解、營養元素的循環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助宿主執行這些生態學功能。而進入土壤中的砷污染物會對土壤生物體產生毒性，以前的研究多集中于砷污染物對蚯蚓的毒理效應、砷在蚯蚓體內的生物富集及形態。同時厭氧環境下微生物介導的砷轉化過程對砷的形態、遷移轉化、毒性等也具有重要影響。然而，關于土壤動物腸道內砷污染物對微生物群落結構的影響以及腸道中砷代謝相關基因與砷形態相關性研究較少。

中國科學院城市環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為題發表在學術刊物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)腸道微生物群落結構、砷形態及砷代謝相關基因。研究發現土壤中砷污染顯著抑制蚯蚓的生長和存活率，且蚯蚓體內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，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生毒害效應，還影響其腸道微生物群落的多樣性和結構，同時蚯蚓腸道也是一個微生物介導下砷形態轉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的認知。　　該研究得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金面上項目的支持。