城市环境研究所在附生菌群对沉水植物砷吸收与代谢的影响机制方面取得新进展

近日，中国科学院城市环境研究所城市水环境过程与生态风险研究组（颜昌宙团队）报道了该组最新研究成果：附生菌群对沉水植物黑藻砷吸收累积、形态转化和外排具有显著影响。研究成果以Influence of epiphytic bacteria on arsenic metabolism in Hydrilla verticillata为题发表于Environmental Pollution上。该研究得到了国家自然科学基金（21577138）的支持。

砷（As）广泛存在于自然环境中，是一种公认的全球性污染物且无阈值的一级致癌物质。近年来，沉水植物因具备修复砷污染水体的潜力而备受关注。然而，沉水植物茎叶表面存在大量的附生细菌，这些附生细菌较植物本身具有更为多样化的As代谢机制，包括As(III)氧化、As(V)还原和As(III)甲基化等，因此其水质净化功能很可能是沉水植物-附生菌群复合体系的作用。但目前关于沉水植物As吸收与代谢的研究中，植物未经灭菌处理，其研究结果与灭菌后植物本身对As的吸收代谢可能会表现出很大的差异。因此，有必要深入探讨附生菌群对沉水植物吸收转化无机As的调控作用，这对全面认识沉水植物对As的吸收代谢机制及其水质净化作用，具有十分重要的理论价值和现实意义。

本研究中，通过室内模拟实验，对比研究有菌和无菌黑藻对不同形态无机As转化、累积和外排的差异，探讨附生菌群对沉水植物As吸收与代谢的影响，同时利用宏基因组技术表征黑藻附生菌群砷代谢相关基因多样性。结果表明，在黑藻附生细菌中检测到多种As代谢基因，如与As转运相关的基因(glpF、arsB、arsA、pst(S、-A、-B、-C)、arc3)、转化相关的基因(arsT、aioAB、arsC、arsM)。这些As代谢基因的相对表达量与对应酶活性决定了砷的形态、积累和外排。As(III)胁迫下，有菌黑藻实验组显示出氧化和甲基化能力，然而无菌黑藻实验组并未表现出类似能力，无菌黑藻体内总As平均含量为有菌黑藻体内的35.56%，有菌黑藻体内还出现少量的DMA和MMA；As(V) 胁迫下，无菌黑藻内源性地将As(V)还原为As(III)，并将As(III)排泄到培养基中，然而有菌黑藻协同附生细菌表现出更高的还原能力，无菌黑藻体内总As平均浓度是有菌黑藻体内的3.31倍；此外，附生细菌还可以显著促进植物体内As(III)的外排。

该研究揭示了沉水植物黑藻附生细菌中As代谢基因具有较高的多样性和丰度，可能对水环境中As的生物地球化学循环产生较大的影响，其研究结果有助于我们全面认识沉水植物对As的吸收代谢机制及其水质净化作用和生态修复功能，为有效应用沉水植物修复砷污染水体提供理论依据。

原标题：城市环境研究所在附生菌群对沉水植物砷吸收与代谢的影响机制方面取得新进展