华中农业大学揭示土壤微生物降解甲基汞的隐藏机制

关键词：

来源：

Nature Communications

来源地址：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-60458-1

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2025-06-02

摘要：

2025年6月2日，华中农业大学资源与环境学院土壤微生物生态与环境健康团队在探索土壤甲基汞（CH3Hg+）的生物降解方面取得了新的突破。他们的研究成果以“Microbial potential to mitigate neurotoxic methylmercury accumulation in farmlands and rice”为题发表在国际权威学术期刊Nature Communications。作为具有强烈神经毒性的污染物，CH3Hg+常在水稻田等缺氧环境中由无机汞经微生物转化形成，并易于在稻米中积累，通过食物链放大后对人类健康（特别是胎儿神经系统发育）和野生动物造成严重威胁。尽管已知微生物去甲基化是降解CH3Hg+的关键过程，但具体负责此过程的主要微生物种类及其代谢路径尚未完全明了。本研究首次合成13CH3Hg+化合物，并应用13CH3Hg+-DNA稳定同位素探针技术结合宏基因组测序，深入分析了参与CH3Hg+降解的土壤微生物类群及其代谢途径。研究表明，在汞污染严重的稻田土壤中，假节杆菌属（Pseudarthrobacter）、甲基嗜菌科（Methylophilaceae, MM2类群）及脱氯单胞菌属（Dechloromonas）显著富集，可能是主要的CH3Hg+降解者。此外，实验还证实了Methylovorus menthalis和Dechloromonas denitrificans这两种细菌具有降解CH3Hg+的能力。宏基因组分析揭示，这些潜在的降解微生物大多携带Wood-Ljungdahl途径、二羧酸-羟基丁酸循环、产甲烷以及反硝化作用相关的功能基因，而传统上认为参与CH3Hg+还原去甲基化的merA和merB基因则相对缺乏，这暗示氧化去甲基化等非mer介导途径可能在CH3Hg+降解中扮演重要角色。基于对中国主要水稻种植区土壤样本的估算，土壤中的微生物降解过程可使稻米中CH3Hg+的累积量减少0.08至0.64倍，从而降低居民健康风险0.62%-13.75%，并减少新生儿智商损失0.13至2.84%。这项研究不仅明确了土壤中CH3Hg+降解的重要微生物及代谢机制，还量化了微生物降解对减轻稻米中CH3Hg+积累和相关健康风险的影响，强调了微生物在汞污染修复中的潜力。研究结果为发展基于微生物的汞污染治理策略提供了重要的理论基础和技术支持。