科研动态

省科学院土壤生态修复团队揭示水稻土中的厌氧锑氧化过程及其相关功能微生物

来源: 时间:2021-03-17

  近日,省科学院土壤生态修复团队在水稻土中的厌氧锑氧化基础研究方面取得新进展。相关研究成果《Bacteria responsible for nitrate-dependent antimonite oxidation in antimony-contaminated paddy soil revealed by the combination of DNA-SIP and metagenomics》发表在国际土壤学领域权威期刊《Soil Biology and Biochemistry》。      

  锑(Antimony, Sb)是砷的同族元素,也是一种有毒类金属。由于水稻对三价锑(Sb(III))的吸取率高于五价锑(Sb(V)),因此,锑氧化过程(Sb(III)→Sb(V))对于水稻粮食安全具有重要意义。同时,由于Sb(III)的毒性高于Sb(V),锑氧化过程对于降低锑污染的毒性也具有重要意义。目前,关于锑氧化尤其是厌氧锑氧化的研究较少,对厌氧锑氧化微生物的认识也较为有限,对厌氧锑氧化过程的研究仅局限于三株纯菌(Hydrogenophaga taeniospiralis strain IDSBO-1, Ensifer sp. NLS4和Sinorhizobium sp. GW3)筛选实验,关于水稻土中是否存在厌氧锑氧化反应仍未有证明,对水稻土中的厌氧锑氧化微生物认识极为有限。因此,本研究选取了世界锑都——锡矿山矿区周围的水稻土为研究对象,利用微宇宙培养技术,结合DNA-SIP技术,探究水稻土中的厌氧锑氧化过程及其相关功能微生物类群。  

  本研究通过微宇宙培养,证明了水稻土中确实存在活跃的厌氧锑氧化过程,且该过程主要由含有aioA基因的微生物驱动,与水稻土中的硝酸盐还原过程具有耦合关系。同时,该研究将稳定同位素示踪(stable isotope probing,SIP)技术和高通量测序技术结合起来,揭示了水稻土中厌氧锑氧化微生物的类群,主要包括Azoarcus,Azospira和Chelativorans。宏基因组分箱技术则发现这些微生物确实含有驱动厌氧锑氧化过程的关键功能基因,如砷/锑氧化基因、反硝化基因、固碳基因等,进一步佐证了它们在厌氧锑氧化过程中的关键作用。 

  该研究证明水稻土中存在厌氧锑氧化过程,并解析了其中的关键功能微生物,拓展了大家关于锑氧化过程及其相关功能微生物的认识。研究依托省科学院土壤生态修复团队搭建和开发的稳定同位素示踪-宏基因组分箱联用平台,该技术平台致力于功能微生物代谢潜能信息的挖掘,有力支撑了省科学院相关学科发展。 

  

  Azoarcus, Azospira和Chelativorans是水稻土中的关键厌氧锑氧化微生物,可以硝酸根为电子受体驱动厌氧锑氧化反应。 

  Miaomiao Zhang, Zhe Li, Max M. H?ggblom, Lily Young, Fangbai Li, Zijun He, Guimei Lu, Rui Xu, Xiaoxu Sun, Lang Qiu, Weimin Sun, 2021. Bacteria responsible for nitrate-dependent antimonite oxidation in antimony-contaminated paddy soil revealed by the combination of DNA-SIP and metagenomics. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071721000663 

  (省科学院土壤环境所土壤生态修复研究团队 张苗苗 / 供稿) 

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