陈 彦.新乡市某电池厂周边重金属污染农田微生物 群落组成和功能分析. 南阳：南阳师范学院硕士论文，2021.

摘  要

土壤重金属污染已成为危害全球环境质量以及人类生存和发展的主要问题之一。重金属一旦进入土壤环境中就会慢慢积累，会影响微生物组成和群落结构等土壤生态系统。高通量测序技术因其高覆盖度、高灵敏度、高准确性和低成本等特点，在重金属污染土壤微生物群落组成、影响因素等研究中得到广泛的应用。代谢组学是对生物体代谢产物进行定性定量分析的一门学科，通过对生物体产生的代谢物进行分析可以揭示生命活动的现象和过程。微生物在重金属污染的环境中通过调节其代谢活动，不仅使其在此环境中生存，还可协助降低环境污染。目前，对重金属污染土壤中群落微生物代谢物的研究开展较少。河南省新乡市是中国著名的轻工业城市，被誉为“中国电池工业之都”，电池企业众多，企业排放的电池废水造成的土壤重金属污染问题较为突出。目前有关新乡重金属污染土壤微生物群落组成、代谢功能对重金属污染的响应鲜见报道。因此，本研究以新乡市某电池周边长期污染农田为研究对象，采用高通量测序结合代谢组学的方法研究微生物群落组成、影响因素及代谢特征，主要结果如下：

1. 土壤中重金属含量测定结果表明，总态的Cd含量介于27.35~53.06 mg·kg^-1， Pb含量介于258.38~394.17 mg·kg^-1，重金属含量的趋势为样点A高于样点B高于样点C。按照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》的规定，Cd和Pb超过相关标准，分别超标34~66倍，1.5~2.32倍，表明主要为Cd和Pb污染。

2. 高通量测序结果表明新乡重金属污染土壤细菌主要由变形菌门、放线菌门、绿弯菌门等优势菌门组成，芽孢杆菌属、节杆菌属、鞘氨醇单胞菌属等优势属组成。样点A、B和C土壤细菌群落组成有所差异，ANOSIM以及Adonis分析差异达到显著水平。细菌群落与环境因子的RDA分析表明总钾、总态Cu、DTPA提取态Cu、水溶态Pb和pH值是影响细菌群落组成的主要因素。

3. 高通量测序结果表明新乡重金属污染土壤真菌主要由子囊菌门、油壶菌门、被孢菌门、担子菌门等优势菌门组成，油壶菌属、小不整球壳属、Gibellulopsis属、被孢霉属、赤霉属、新赤壳属、小鬼伞属、Kernia属等优势属组成。主坐标分析和UPGMA聚类分析，样点A、B和C土壤真菌群落组成有所差异，ANOSIM以及Adonis分析差异达到显著水平。真菌群落与环境因子的CCA分析表明有效磷、总态Cd、总态Ni、总态Pb、总态Zn、DTPA提取态Cu、水溶态Pb是影响真菌群落组成的主要因素。

4. 新乡重金属污染土壤土壤阳离子和阴离子代谢物分析表明样本组之间的代谢产物具有差异。在样点A、B和C土壤样品中共检测到7615种代谢物，样点A与样点B有245种差异代谢物，样点A与样点C有285种差异代谢物，样点B与样点C有242种差异代谢物。通路富集分析表明，这些差异代谢物参与氨基酸代谢、脂质代谢、核酸代谢、次级代谢产物生物合成、Chemical structure transformation maps等代谢过程，Chronology: Antiinfectives、Drug Development、keleton-based classification等Drug Development，消化系统、神经系统、內分泌系統等生物体系统过程，信号转导等环境信息处理，翻译等遗传信息加工（Genetic Information Processing）过程。样点A与样点B显著差异的代谢通路为27个，样点A与样点C显著差异的代谢通路为26个，样点B与样点C显著差异的代谢通路为13个。其中代谢过程的苯丙素类化合物生物合成、植物激素生物合成、嘧啶代谢、阿特拉津降解，生物体系统的矿物吸收等14个代谢通路在2组以上样品中显示差异。

本研究通过高通量测序结合代谢组学的方法研究了新乡重金属污染农田微生物群落组成、影响因素及代谢特征，研究结果不仅探究了长期重金属污染胁迫条件下细菌和真菌的群落组成，分析了影响因素，同时通过差异代谢产物分析其可能在微生物缓解重金属导致的胁迫和环境适应中起到作用，揭示土壤微生物对电池废水灌溉污染的响应和适应性。

关键词：新乡市；重金属污染；微生物群落组成；高通量测序；代谢组学