英文标题：Effects of uranium mining on soil bacterial communities and functions in the Qinghai-Tibet plateau

发表期刊：Chemosphere

发表时间：2023.11

1. 测序结果分析

采用16S扩增子测序鉴定不同铀矿开采环境下，不同深度土壤样品中细菌多样性和菌群结构的变化。结果显示硫杆菌属（Thiobacillus）为优势菌属，鞘单胞菌（Sphingomonas）和硫杆菌（sulphiferula）次之（图1）。

图1 不同样品中物种丰度top100的细菌属系统发育树和丰度

2. α多样性指数

菌群丰度分析（Chao1、Observed_otus和Pielou_e）结果显示，对照组（CK.TS和CK.DS）的菌群丰度最高，铀矿土壤样本菌群丰度显著降低（图2）。其中尾矿表层土（T.TS）菌群丰度最高，露天表层土（O.TS）次之, 矿洞表层土（M.TS）最低。露天表层土和露天深层土（O.DS）菌群丰度差异不显著。此外，铀矿矿区不同环境的菌群多样性指数（Shannon、 Simpson）显著低于对照组，而露天矿土的取样深度对土壤细菌的多样性指数无显著影响。综上分析表明铀矿开采降低了矿区的土壤菌群丰度和多样性。

图2不同样品中细菌多样性和丰度的箱形图

3. 菌群分类学分析

进一步分析门、纲、目、科和属水平菌的相对丰度（图3），结果显示变形菌门（41.30%）、 γ‐变形菌纲（27.36%）、伯克氏菌目（21.18%）和嗜氢菌科在各样品中占比最高，尤其是在尾矿和矿洞表层土中。

图3 不同分类水平物种top 10的相对丰度条形图

在属水平上，硫杆菌（Thiobacillus）在各样品中丰度最高，其次是鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas），硫单胞菌（Sulfuriferula），RB41和Vicinamidacteriaceae（图4）。与对照组相比，铀矿开采显著增加了硫杆菌、鞘氨醇单胞菌和硫单胞菌的相对丰度，显著降低了RB41、Vicinamidacteriaceae的相对丰度。此外，在露天矿土中，土壤深度对细菌属水平的丰度也有影响。深层土壤中，硫杆菌, 硫单胞菌的丰度显著高于表层土壤，而鞘氨醇单胞菌、RB41和Vicinamidacteriaceae的丰度则显著低于深层土壤。

图4 不同样品中属水平丰度top30热图分析

4. 土壤微生物群落结构变化

样本间特有和共有OTU结果显示所有样本共享96个核心的OTUs（图5）。与表层土对照相比，铀矿开采导致尾矿、矿洞和露天矿土分别产生2392、826和1524个特有OTUs和133个共有OTUs。此外，露天铀矿开采环境下，深层矿土和表层矿土特有OTUs分别为1244和1107个，共有OTUs为843个。

图5 各样本特有和共有的OTU

PCA结果表明铀矿开采导致土壤微生物群落结构趋同，并与非铀矿开采区存在差异（图6a）。NMDS结果表明，铀矿开采导致了土壤菌群结构的分化，即与露天和尾矿表层土相比，矿洞表层土菌群出现一定程度的分化（图6b）。

图6 不同样品菌群的Beta多样性分析

5. 菌群功能预测与分析

使用PICRUSt2软件比对不同的数据库，预测土壤细菌的功能。COG数据库结果显示，细菌中富集最显著的功能是参与细胞壁生物合成的糖基转移酶（COG0438）（图7a）。Aerobic respiration I (PWY-3781), L-isoleucine biosynthesis II (PWY- 5101), pyruvate fermentation to isobutanol (PWY-7111), L-valine biosynthesis (VALSYN-PWY), 和L-isoleucine biosynthesis I (ILEUSYNPWY) 是所有土壤样本中富集最显著的通路（图8b）。

图7 不同样本GO和通路功能富集热图

6. 生物群落相关性分析

相关性分析显示铀矿矿区菌群丰度最高的前30属存在显著的相互作用（图9）。其中溶杆菌属（Lysobacter）、氢噬胞菌属（Hydrogenophaga）和趋光出芽单胞菌属（Gemmatimonas）之间呈显著的负相关，表明优势菌群之间存在很强的相互作用，共同决定了铀矿矿区微生物种群的组成和分布。

图8 不同样品中丰度最高的30个属间的Pearson相关性分析

该研究结果表明铀矿开采会对土壤细菌的多样性有显著的负面影响，其中矿洞土壤受到的影响最为严重。首次揭示了高原铀矿开采对土壤微生物群落的影响，并探讨了青藏高原铀矿开采活动中不同细菌的应答策略，有助于筛选促进高原地区铀矿开采后环境修复的微生物菌株。