稻田土壤好氧甲烷氧化镉胁迫响应机制揭示

近日，在国家自然科学基金创新人群项目、广东省基础与应用基础研究基金等项目的支持下，广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员刘芳华团队选择了微宇宙模拟与纯培养体系相结合的方法，研究揭示了稻田土壤好氧甲烷氧化镉胁迫响应机制。《环境科学与技术》发表了相关成果。

水稻是中国最重要的粮食作物之一，对国家粮食安全和农业可持续发展具有重要的战略意义。镉污染和甲烷排放是稻田生态环境面临的两个重要问题，而好氧甲烷氧化菌在控制甲烷排放过程中起着关键作用，但对镉污染环境下好氧甲烷氧化菌的响应机制尚不清楚。

针对上述科学问题，刘芳华团队从“土壤-聚集物-纯菌”多水平系统中选择微宇宙模拟与纯培养系统相结合的方法，分析镉胁迫响应和耐受机制。研究表明，华南稻田土壤镉含量与好氧甲烷氧化速度成正比。宏基因组测序分析显示，羟基孢囊菌和甲基单胞菌(Methylomonas)甲烷氧化菌是镉污染环境的优势。这些细菌具有多种抗镉基因，其细菌的甲烷氧化速度普遍高于低丰度细菌，如羟基杆菌。(Methylobacter)。

通过纯培养试验，该团队进一步证实了好氧甲烷氧化菌对镉的耐受性存在种间差异。Methylomonas的快速生长?sp.对镉胁迫表现出明显的耐受性。该菌种具有完善的抗氧化系统，可以抵抗镉胁迫导致的胞内活性氧水平升高。此外，该菌种可以通过增加疏松结合型胞外的多聚物分泌来降低镉的毒性。同时，通过基因敲除试验进一步证实，谷胱甘肽合成酶、谷胱甘肽过氧化物酶和胞外多糖排放酶在镉解毒过程中起着重要作用。还有Methylobacter生长缓慢?sp.对镉胁迫表现出较高的敏感性，这可能与其抗氧化系统功能不全有关。

研究结果为深入了解稻田生态系统中甲烷循环与工业污染相互作用的微生物机制提供了重要的科学论证，也为开发镉污染与甲烷排放协同治理技术提供了新的策略。