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环境学院钟寰教授团队在湖泊富营养化调控汞风险上取得新进展

发布于:2021-08-16 来源:环境学院 文章阅读数: 字体大小:[      ]

汞是一种全球性污染物,无机汞可在微生物作用下转化为神经毒素甲基汞。一般认为,食用鱼肉等水产品是人体甲基汞暴露的重要途径。湖泊是天然淡水养殖的主要区域,但同时也是汞甲基化的热点环境,而溶解性有机质是影响汞甲基化重要控制因素。人为活动会引起湖泊富营养化,藻华在后期会发生衰亡、腐解并产生大量藻源性有机质,影响了水体有机质的质量和活性。由于来源广泛、组分多变,藻源性有机质自身的复杂性使得研究它对汞甲基化的调控变得十分困难,制约了我们对湖泊甲基汞生成机制的认知。为深入研究"有机质组成-汞甲基化微生物-汞甲基化"动态耦合作用关系,南京大学污染控制与资源化国家重点实验室钟寰教授团队对我国典型富营养化湖泊(巢湖、东湖和滇池)进行研究,重点关注不同富营养化情景下藻源性有机质对甲基汞生成的影响,探究有机质关键组分对汞甲基化的调控作用,揭示不同汞甲基化微生物对藻源性有机质的响应机制。

研究团队发现,无论对于不同的湖泊以及不同的富营养化情景,藻源性有机质均可导致水体甲基汞显著上升1~2个数量级。富营养化湖泊甲基汞风险模型结果显示,这种藻源性有机质引起的水体甲基汞生成效应,可被有机质对甲基汞生物稀释作用而抵消,使鱼体内甲基汞累积出现较小的波动(-12.2–11.7%)。需要强调的是,尽管目前认为这些富营养化湖泊周边地区居民因食用水产品所引起的甲基汞暴露风险较低,但在严重的富营养化条件下,这种风险可能会明显增加,仍应该引起重视。

研究团队进一步发现藻华腐解会向湖泊水体中输入大量高活性溶解性有机质组分,通过超高分辨质谱表征发现这类组分具有低分子量、芳香性较少、含氧较多、富氮较多等特点,这些高活性组分能显著提高水体含hgcA基因的古菌(Archaea)和Deltaproteobacteria的丰度。进一步分析发现,Archaea-hgcA基因丰度与溶解性有机质中蛋白质类物质及溶解性微生物代谢产物的增量具有正相关关系,而Deltaproteobacteria却表现出相反的趋势。该结果说明Archaea和Deltaproteobacteria对可利用性碳源具有强烈的竞争作用,从而在藻源性有机质输入条件下对水体汞甲基化表现出不同的响应。在此基础上,研究团队结合汞甲基化微生物丰度/活性与水体甲基汞的关联,以及特异性微生物抑制剂结果提供的证据,综合证实了在藻源性有机质输入条件下产甲烷菌是富营养化水体汞甲基化的主要驱动因子。

综上所述,富营养化湖泊藻华腐解会产生大量藻源性有机质,其中的具有生物可利用性组分能有效促进产甲烷菌的丰度和活性,进而驱动了水体的微生物汞甲基化。在富营养化条件下,特别是在藻华腐解期间,由于生物的复杂性和氧化还原条件的不断变化形成了高度竞争的环境,在这种环境中,古菌可能比细菌占据更广泛的生态位,因此其对生物可利用性的碳源表现出更好的响应性、竞争力和利用效率,从而在微生物汞甲基化方面发挥出更关键的作用。研究结果指示我们要重点关注富营养化湖泊中藻源性有机质对湖泊汞风险的"放大"作用。

1藻源性有机质输入对湖泊水体汞甲基化的促进作用。(A)三个富营养化湖泊,巢湖(CHL)、东湖(DHL)和滇池(DCL)。(B)不同富营养化水平,加藻组“200 Algae”“1000 Algae”“2000 Algae”“6000 Algae”水体叶绿素a含量分别为241 ± 19.4 µg·L-1969 ± 20.0µg·L-11919 ± 59.0 µg·L-16007 ± 93.5 µg·L-1,对照组(“Control”)水体叶绿素a含量为15.3 ± 1.76 µg·L-1


2富营养湖泊和贫营养湖泊中不同汞甲基化微生物(Archaea和Deltaproteobacteria)对甲基汞生成存在差异化作用

图3:富营养化湖泊中藻源性有机质对汞甲基化的驱动(Journal Front Cover)

该研究成果近期以"Algal Organic Matter Drives Methanogen-Mediated Methylmercury Production in Water from Eutrophic Shallow Lakes"为题,并以正封面文章(Journal Front Cover)形式发表在国际环境领域著名学术期刊Environmental Science & Technology上。论文第一作者为环境学院雷沛助理研究员,通讯作者为环境学院钟寰教授,合作作者还包括环境学院硕士生张瑾和朱金杰、厦门大学谭巧国副教授、约克大学Raymond W. M. Kwong教授和Mohammad Naderi博士后深圳大学潘科研究员、以及西南大学江韬副教授。该研究得到江苏省自然科学基金、国家自然科学基金等项目资助。

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c08395



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