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省科学院土壤环境所揭示不同水分管理下稻田中锑的迁移转化及其微生物群落响应机制

来源: 时间:2021-03-15

  近日,广东省科学院生态环境与土壤研究所孙蔚旻研究员团队在不同水分管理下稻田中锑形态及其微生物群落研究取得新进展,揭示了不同水分管理下稻田中锑的迁移转化及其微生物群落响应机制,对水稻的安全种植具有潜在的实践价值。 

  锑(Antimony,Sb)是一种具有毒性和致癌性的类金属,稻米中Sb的积累对人民生命安全造成了严重的威胁。据报道,与淹水(厌氧)管理相比,旱作(好氧)管理可大大减少水稻对Sb的吸取,然而水分管理策略对土壤-水稻系统Sb积累的驱动作用尚不明确。微生物是稻田中Sb地球化学行为的主要驱动力之一,不同水分条件下的稻田可能存在不同的微生物群落结构,对锑的迁移转化也可能存在着不同的响应机制。研究不同水分管理下稻田Sb形态和微生物群落结构,对于改良Sb污染地区水稻种植方法,从而降低大米中Sb含量,具有重要引导意义。 

  基于此,孙蔚旻研究员团队对淹水(厌氧)和旱作(好氧)水分条件下稻田中锑形态和微生物群落进行探索。生物学盆栽试验和地球化学分析结果表明,旱作水分管理条件明显降低了水稻根和谷粒中Sb积累,而且降低了土壤Sb(III)含量。分子生物学分析结果表明:旱作水分管理条件下,Sb氧化的基因(aioA)得到显著富集,淹水条件下,Sb还原基因(arrA)得到显著富集,这揭示了氧化还原条件变化可能驱动不同微生物群落对Sb的响应。通过高通量测序分析结果表明,Singulisphaera, Aquisphaera和Mycobacterium为水稻根际土壤的核心微生物菌群,其对水稻健康生长具有一定的促进潜能,Candidatus Udaeobacter , Conexibacter 和 Ellin6067为旱作水稻根际土壤主要微生物菌群,Geobacter, Anaeromyxobacter和Anaerolinea为淹水水稻根际土壤主要微生物菌群,这些微生物菌群与稻田中Sb的迁移转化密切相关,对水稻Sb的吸取起到了重要的影响。 

  该研究受到了广东省科学院先导项目的资助,相关研究成果发表在环境科学期刊《Science of the Total Environment》。 

  全文链接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145408 

  (省科学院土壤生态修复研究团队 孔天乐 / 供稿) 

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