近日，我院水土资源与环境课题组2018级硕士研究生葛艺分别在城市河流沉积物中微生物群落与重金属浓度分布关系和污染物对小麦根系微生物组的装配策略研究方面取得了重要进展。相关成果分别以“Spatial distribution and influencing factors on the variation of bacterial communities in an urban river sediment”、“Assembly strategies of the wheat root-associated microbiome in soils contaminated with phenanthrene and copper”和“铜胁迫对小麦根系微域微生物群落的影响”为题发表在国际期刊《Environmental Pollution》（SCI 1区，Top期刊，IF=6.792）、《Journal of Hazardous Materials》（SCI 1区，Top期刊, IF=9.038）和国内期刊《环境科学》（CSCD，卓越行动计划期刊，IF=3.577）。青岛大学为第一作者单位，葛艺硕士分别为共一作者、共一作者和第一作者，我院徐艳副教授为通讯联系人。三项研究得到国家自然科学基金、中央高校基本科研基金、山东省自然科学基金和山东省高等学校青创人才引育计划的资助。
城市河流沉积物由于受到环境和人为因素的影响具有空间异质性，然而人类活动对城市河流沉积物中的微生物群落空间多样性影响作用尚不清楚。我们研究了大沽河流域青岛段沉积物中的微生物组成与重金属浓度分布特征及相互关系。结果发现大沽河沉积物中只有Cd的平均浓度明显超过了沉积物的安全限值。细菌群落的结构组成随采样点分布不同存在很大的空间差异性且根据采样区域的环境特征划分为三大聚类。其中，在近城市区Acidobacteria、 Firmicutes、 Gemmatimonadetes、 Bacteroidetes和 Gammaproteobacteria的相对丰度较高，这与人类活动有关。而在潮间带，Alphaproteobacteria和Deltaproteobacteria显著富集，这与海洋环境中的氧化还原过程有关。变异分配分析表明，变量Na、Al、总S和Zn变量对微生物的群落组成结构影响最大，其次是沉积物养分，而重金属和pH分别占总变异量的13%和9%。综上，大沽河微生物结构呈现出空间变异性和功能多样性特征，这是自然和人为因素共同作用的结果。该研究结果将有助于预测城市河流生态系统的变化规律，进而维持城市河流系统的生态平衡和健康发展。
植物可以通过调节根系微域微生物结构组成来提升其对外界胁迫的应对能力，然而有机和无机复合污染环境中典型农作物根系微生物群落的调控策略尚不清楚。本研究通过温室盆栽试验研究了铜（Cu）和菲（PHE）复合污染对小麦生长发育的影响作用和根际微生物组的调控过程。结果表明，重金属Cu不影响根际微域中PHE的降解，但会显著促进小麦根内PHE的积累，相反地，PHE污染并不影响小麦根系对Cu的吸收。重金属Cu是影响小麦根际土壤微生物组群落变化的主要因子。此外，研究发现具有耐受重金属和降解多环芳烃的微生物如Novosphingobium、 Sphingomonas、 Sphingobium 和Pseudomonas更容易在根际微域中富集。本研究对复合污染物条件下植物-土壤系统中根际微生物调控机制提供了全面的认识，并为开展调控宿主植物根际微生物组结构提升植物的自我修复能力提供指导。
小麦是我国主要的粮食作物，土壤重金属污染会严重威胁作物生长和粮食安全。大量研究表明根际微生物在调控作物发育和抗逆性方面具有非常重要的作用。因此，本研究通过高通量测序技术研究铜胁迫条件下小麦根际微生物群落的变化，从微生物学角度揭示铜污染胁迫对小麦根际的影响作用。采用盆栽培养试验对铜污染处理中小麦非根际、根际以及根内微生物进行测序后，分别比较小麦不同根系分区环境中的微生物群落结构和多样性。结果发现，所有处理中小麦的根内微生物多样性均显著（P < 0.001）低于根际和非根际微生物多样性，表明根表作为微生物进入根内环境的门户，对根内微生物的定殖起着过滤和筛选的作用。铜污染胁迫降低了根际土环境中的微生物多样性，且差异显著（P < 0.05）；而在非根际和根内环境中，尽管铜污染胁迫降低了对应根系分区中的微生物多样性，但差异不显著（P>0.05）。变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）是小麦根际和非根际环境中的共有优势菌群，通过比较发现铜污染胁迫对这两种优势菌门的影响作用较小。另外，芽孢杆菌属（Bacillus）、假黄色单胞菌属（Pseudoxanthomonas）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）等菌属具有较强的抗逆性，能够在铜污染胁迫下存活且能够为植物提供营养物质。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115984
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125340
http://www.hjkx.ac.cn/hjkx/ch/html/20210252.htm
