全球淡水水域均存在不同程度的重金属污染问题,其生态风险与重金属形态有关,而沉积物及水体中的微生物是影响其中重金属形态转化及生态风险的主要因素;本项目组前期研究发现滇池沉积物主要重金属污染因子为砷、汞和镉,具有较高的生态风险,但关于滇池中的微生物群落结构、相关功能基因及抗性微生物的选育等研究较少。本研究以滇池沉积物及水体为研究对象,利用细菌16s rDNA高通量测序方法研究滇池中微生物群落结构、多样性及优势种群,同时利用荧光定量PCR技术定量检测滇池中汞还原酶基因(merA)、砷甲基化相关基因(arsM)、砷氧化酶基因(aoxB)、镉转运蛋白相关基因(czcA、czcC)和汞甲基化相关基因(Delta-hgcA)的丰度,并通过富集培养筛选获得多株同时对砷、汞和镉具有较高耐受能力的菌株。在此基础上结合课题组的前期研究成果,系统分析了微生物群落信息、功能基因与水环境因子间的相关性,得到以下结论:(1)沉积物中可检测到的优势属有LCP-6、Dechloromonas、Thiobacillus、Candidatus Methanoregula、Bacillus;水体中可检测到的微生物属有:Planktothrix、Bacillus、Microcystis、Synechococcus、Comamonas、Candidatus Xiphinematobacter、Paulinella、Polynucleobacter、Gemmatimonas、Dolichospermum。属于反硝化除磷菌(SBR)的优势微生物属Dechloromonas与样品中的汞和镉的浓度呈显著正相关关系,Bacillus、Comamonas、Polynucleobacter和Dolichospermum的相对丰度与As和Hg浓度呈极显著正相关关系,推测滇池中重金属(As、Hg和Cd)的污染情况影响滇池部分优势属的分布,部分优势属通过砷氧化/甲基化、汞还原/甲基化和镉转运的方式转化环境中的重金属。(2)水体中草海微生物多样性低于外海,且呈现由北向南逐渐递增的趋势。样品中微生物α-多样性指数与样品中As、Hg和Cd的含量呈显著负相关,即受三种重金属污染程度高的样品中微生物多样性低,可能是由于环境因子对微生物的筛选作用,部分样品中重金属含量超过某些微生物耐受砷、汞和镉含量的阈值,使其被淘汰,而对三种重金属耐受能力强的微生物大量繁殖,使重金属污染程度高的样品微生物多样性低。(3)南部三个样点汞还原酶基因(merA)的拷贝数低于偏北部两个样点的拷贝数,与滇池受汞污染的情况一定程度上契合,因此可以判断滇池中的微生物,特别是优势微生物存在耐受汞的巨大潜力,且部分微生物是通过含merA基因还原汞的途径达到的目的。汞甲基化相关基因(Delta-hgcA)拷贝数与样品中汞的含量呈显著正相关,相关微生物能在厌氧条件下催化甲基汞的合成,该基因在样品中被检测到具有很高的拷贝数,可以推测滇池沉积物中优势微生物具有巨大的汞甲基化潜能,且大多与Deltaproteobacteria优势群相关,很可能通过汞的甲基化作用对滇池的水生态环境产生更大风险和危害。砷氧化基因(aoxB)在样品(特别是草海样品)中具有很高的拷贝数,且拷贝数与样品中砷的含量呈显著正相关,即样品环境中砷浓度越高,该基因的拷贝数越高。推测滇池存在能对砷有氧化作用的微生物,它们通过aoxB基因参与的代谢途径达成解毒的目的,该途径是滇池中微生物氧化砷解毒的重要途径之一。(4)分离得到茎点霉属(Phoma)、产碱杆菌属(Alcaligenes)和短小杆菌属(Curtobacterium)三株同时对砷(80mg/L)、汞(20 mg/L)和镉(40mg/L)具有抗性的克隆菌株。其中产碱杆菌属(Alcaligenes)同属微生物Alcaligenes faecalis中,已有报道检测到了砷氧化基因簇(aoxSRABCD)。综上所述,滇池环境中存在着重金属污染物与微生物间的相互作用,污染程度在一定程度上影响着微生物的群落组成及优势微生物的分布,而一些对重金属转化发生作用的微生物又对环境中的重金属产生吸附、转化等作用,这些作用或有益于生态系统,或对生态系统产生不利影响。