近日，华南师范大学环境学院李晓敏教授与广东省生态环境技术研究所李芳柏研究员团队合作，在国际环境科学领域顶级期刊《Environmental Science & Technology》上发表封面论文“Bacterial communities and functional genes stimulated during anaerobic arsenite oxidation and nitrate reduction in a paddy soil”。
稻田淹水条件下容易产生毒性较高的无机三价砷(Qiao et al., 2018; 2019)，是水稻中砷的主要形态，直接威胁稻米的食品安全。在砷污染的稻田土壤中，微生物驱动的砷氧化耦合硝酸还原过程是降低砷生物有效性和毒性的重要途径。然而，低砷含量的稻田土壤中有哪些微生物和功能基因会对此耦合过程产生响应，尚不明确。
本研究采集了总砷含量为3.93 mg kg-1的水稻土为研究对象，通过厌氧培养实验发现，加入硝酸盐可大幅提高微生物驱动的三价砷氧化速率；而硝酸盐还原速率不受三价砷影响。宏基因组分析表明，Pseudogulbenkiania菌属是驱动硝酸盐还原的关键微生物，其主要含有 细胞质膜硝酸盐还原基因narG、亚硝酸盐还原基因nirS和一氧化氮还原基因norBC等三个反硝化基因；而Azoarcus菌属是驱动三价砷氧化的关键微生物，其不仅含有aioA和aioB这两个砷氧化基因，还含有周质硝酸盐还原基因napA、亚硝酸盐还原基因nirK和氧化亚氮还原基因nosZ等反硝化基因。进一步通过定量PCR分析发现，三价砷和硝酸盐同时存在时， Azoarcus菌属和aioA、nosZ基因的含量均随培养时间逐渐提高。据报道，Azoarcus菌属含有ars等砷抗性基因，Pseudogulbenkiania菌属具有亚铁氧化耦合硝酸盐还原的功能，因此 Azoarcus和Pseudogulbenkiania菌属在淹水稻田土壤中具有较高的适应性，且其生理-生态特性具有多样性。因此，该发现对于激发稻田土壤砷转化微生物、实现砷污染的原位调控，具有重要的科学价值和指导意义。
该论文第一作者为李晓敏教授，通讯作者为李芳柏研究员，具体请参考：
Xiaomin Li, Jiangtao Qiao, Shuang Li, Max M. Häggblom, Fangbai Li*, Min Hu. 2020. Bacterial communities and functional genes stimulated during anaerobic arsenite oxidation and nitrate reduction in a paddy soil. Environmental Science & Technology 54 (4), 2172–2181.
全文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.9b04308
相关论文：
Jiangtao Qiao†, Xiaomin Li†, Fangbai Li*, Tongxu Liu, Lily Y. Young, Weilin Huang, Ke Sun, Hui Tong, Min Hu. 2019. Humic substances facilitate arsenic reduction and release in flooded paddy soil. Environmental Science & Technology 53 (9), 5034–5042.
Jiang-tao Qiao†, Xiao-min Li†, Min Hu, Fang-bai Li*, Lily Y. Young, Wei-min Sun, Weilin Huang, Jiang-hu Cui. 2018. Transcriptional activity of arsenic-reducing bacteria and genes regulated by lactate and biochar during arsenic transformation in flooded paddy soil. Environmental Science & Technology 52 (1), 61−70.