沉积物中微生物对汞甲基化的作用机制研究

甲基汞主要由汞的生物甲基化产生，汞甲基化机制的研究是国际上汞污染研究热点之一，然而在汞甲基化过程中微生物的作用尚不完全清楚。申请者前期研究表明沉积物中微生物量汞、特别是甲基汞富集倍数非常高（单位质量微生物中的甲基汞浓度比单位质量沉积物中的高出3-4个数量级），揭示微生物在汞甲基化过程中具有重要作用，这一研究结果具有重要的启示意义，但其作用机制不明确。本项目拟通过野外调查，研究沉积物中微生物和甲基汞的时空分布格局，探讨甲基汞与微生物数量和活性间的关系；通过室内模拟实验，利用汞同位素（199HgCl2）示踪技术，研究不同环境梯度下，微生物对汞甲基化速率的影响，构建汞甲基化速率与关键影响因素的动态模型，明确环境因子-微生物-甲基汞间的依存关系；综合自然生境和人为控制条件，分离并筛选优势菌种，探讨对汞甲基化起主导作用的微生物种群，从而深入微生物对汞甲基化作用机制的研究。

甲基汞可由汞的甲基化形成。20世纪60-80年代，第二松花江曾受到严重的汞污染，至今虽经过了近30年的综合防治和自然净化，但其沿岸居民仍存在甲基汞中毒风险。本论文研究了第二松花江沉积物中汞甲基化的速率及影响因素、植物根系对汞甲基化的影响、微生物量汞/甲基汞以及微生物对汞甲基化的作用。 . 通过正交模拟实验得出了第二松花江沉积物汞甲基化速度最高的因素水平为：松花江村-HgCl2 10 μg/g- Na2S 5 μg/g -pH 5。通过单因素模拟实验得出：汞的甲基化速率与有机质含量、Hg2+浓度呈正相关关系；S2-在一定浓度范围内时，汞的甲基化速率较大；反之，较小；pH等于5时，汞的甲基化速率达到最大值。. 通过根箱模拟实验得出：靠近植物根部，汞的甲基化速率较大，距植物根部越远，汞的甲基化速率越小；三种植物对汞甲基化的促进能力依次为：高羊茅>艾草>三棱草；有机质含量越高，越有利于汞的甲基化。通过盆栽模拟实验得出：实验培养期间，甲基汞含量持续增加，整体来看，实验培养40天后甲基化速率降缓；从加入的汞的形态来看，甲基化速率顺序为：HgS>HgCl2>Hg(NO3)2；阳光能够促使汞反甲基化。. 靠近植物根部，微生物量汞/甲基汞含量较高，反之，离植物根部越远，微生物量汞/甲基汞含量越低。以微生物量C/N为基准，单位质量微生物中的甲基汞含量比沉积物中的甲基汞含量高出6个数量级，证明了微生物对甲基汞有明显的富集作用；单位质量微生物中的总汞含量比沉积物中总汞含量高3个数量级。