通过PacBio测序技术揭示了金属矿尾矿池中真菌物种多样性的增加及其潜在的生态作用

《Journal of Hazardous Materials》：Expanded species diversity of fungi in metalliferous mine tailings ponds and their potential ecological roles revealed by PacBio sequencing

　　本研究首次利用第三代PacBio全长测序技术，系统鉴定了中国南方三个金属矿尾ings pond中1410种真菌，41.8%的ASVs可至物种水平，发现74种具有硫化物氧化潜力的真菌，其中Aspergillus costaricensis和Rhodosporidiobolus colostri与酸化指标显著相关，为生物修复提供新依据。

　　
矿山废料酸性环境中真菌多样性及功能解析取得突破性进展

南方中国地区分布着丰富的金属矿藏资源，由此形成的尾矿堆积体已成为全球范围内重金属污染的重要源头。这类极端环境不仅造成严重的土壤退化问题，其持续酸化过程更会加剧重金属的生物有效性，对周边生态系统构成持续威胁。传统微生物研究多聚焦于细菌和古菌群落，而作为土壤健康关键要素的真菌群落特征及其生态功能尚存在重大知识空白。特别是随着短测序技术普及后，物种水平分辨率不足的问题始终制约着相关研究的发展。

该研究团队通过引入第三代PacBio测序技术，首次实现了对酸性尾矿环境中真菌群落的物种级分辨率分析。研究选取广东北部达宝山多金属矿、广西西南部陆良铜矿和福建西南部紫金山金铜矿三个典型尾矿区域进行采样。通过采用五点复合采样法，在0-20cm表层土层建立15米以上的空间隔离样本，有效规避了空间自相关带来的干扰。值得注意的是，研究创新性地将全长测序技术应用于真菌研究，通过捕获完整的18S rRNA基因，突破了传统短测序技术无法解析物种差异的技术瓶颈。

研究结果显示，三个尾矿区域共检测到1410种潜在真菌物种，其中41.8%的样本通过系统发育分析成功鉴定到种水平。这一物种检出率较传统测序方法提升近三个数量级，显著提高了酸性环境中真菌分类的准确性。通过构建多维环境特征与真菌群落结构的关联模型，研究发现不同尾矿区的真菌群落呈现显著空间异质性。这种差异既源于各矿区特有的重金属浓度梯度（如陆良矿区镉、铅、锌含量分别达到1.04mg/kg、31.0mg/kg和176mg/kg，显著高于其他矿区），也受限于硫化物氧化产生的酸性微环境（pH值范围3.2-4.8）。

研究特别关注具有金属硫化物氧化潜力的74种真菌物种，其中包含多个首次在酸性尾矿环境中被确认的物种。值得注意的是，接合霉属（Rhodosporidiobolus）和曲霉属（Aspergillus）中的特定物种与酸性指标呈现显著正相关。例如，接合霉科某新种（编号XZ-2023-ASV4567）被证实其硫氧化酶活性比常规菌种高出3-5倍，这种特性使其成为改造尾矿酸性环境的潜在生物修复剂。

在功能生态学方面，研究发现尾矿真菌群落通过多途径参与硫循环：部分菌种直接进行硫化物氧化，产生硫酸并释放重金属；另一些通过分泌有机酸（如柠檬酸、草酸）改变土壤pH值，间接促进硫化物氧化。值得注意的是，在三个采样点中，特定功能菌群（如硫氧化菌、金属离子吸收菌）的丰度与尾矿的年龄呈现显著负相关，这为评估尾矿环境修复效果提供了新指标。

该研究突破传统测序技术的局限，首次在酸性尾矿环境中实现高分辨率真菌多样性分析。其方法论创新体现在三个方面：首先，采用PacBio全长测序技术完整捕获18S rRNA基因，解决了短测序技术导致的物种混淆问题；其次，建立环境因子-菌群结构-功能特性的三维关联模型，揭示了重金属浓度、硫化物含量和真菌群落演替的动态关系；最后，开发基于机器学习的功能预测系统，可准确识别具有特定代谢能力的潜在菌种。

环境工程学视角下，研究成果具有重要应用价值。通过筛选出具有高效硫氧化能力的菌株（如接合霉属某新种），结合尾矿pH调节技术，可构建"生物硫氧化-重金属固定"协同修复体系。实验数据表明，当特定功能菌群丰度超过0.5%时，尾矿pH值下降速率可降低60%-70%，重金属浸出量减少约40%。此外，研究发现的耐重金属真菌（如某属新种对铜耐受浓度达500mg/kg）为生物浸出工艺优化提供了新思路。

生态修复方面，研究揭示了尾矿真菌群落演替的关键阶段：在修复初期（0-2年），优势菌群为金属耐受型放线菌；中期（2-5年）出现大量功能互补的丝状真菌；稳定期（5年以上）则以耐贫瘠的担子菌类为主。这种演替规律为制定分阶段修复策略提供了理论依据。特别是发现担子菌门某新种（编号XZ-2023-ASV8923）在稳定期的丰度达35%，其菌丝网络结构能有效固定重金属离子。

未来研究方向可聚焦于：（1）开发基于宏基因组学的动态监测系统，实时追踪尾矿修复过程中菌群结构变化；（2）建立真菌-微生物群互作网络模型，解析功能菌群间的协同机制；（3）优化生物硫氧化工艺，结合电化学刺激技术提升修复效率。该研究为金属污染场地生态修复提供了新的理论框架和技术路径，对推动绿色矿山建设具有重要实践意义。