研究团队揭示了自养微生物驱动的氢氧化耦联锑还原过程及其尾矿修复潜能

大规模的采矿和工业活动会造成严重的锑（Sb）污染问题。锑矿尾矿污染环境中经常能检测到高浓度的锑，当这种锑被释放到水生环境后，通过水流容易对下游环境造成严重污染风险。有研究发现，微生物在锑的迁移转化过程中可发挥重要作用。原因是它能将溶解度高的五价锑（Sb(V)）还原为迁移性较低的三价锑（Sb(III)），能阻止其向下游环境扩散。还有研究报道显示，微生物可以以有机物或还原态硫为底物驱动Sb(V)还原过程，而氢气作为一种在采矿和水体环境中常见的中间产物，也可能作为电子供体驱动Sb(V)还原过程，但关于环境中氢气氧化耦联Sb(V)还原这一生物地球化学过程尚未被报道。

基于锑矿尾矿和河流沉积物的环境特点，广东省科学院生态环境与土壤研究所孙蔚旻研究团队提出了上述环境中均存在氢氧化耦联Sb(V)还原过程的假设，并进行了相关实验验证。

研究团队利用两种相反的锑污染环境（贫营养尾矿和富含有机质的河流沉积物）样品建立了微宇宙实验，发现均存在氢氧化耦联Sb(V)还原（HOSbR）现象。同时，团队通过DNA稳定同位素示踪技术、扩增子测序和宏基因组学分析，鉴定出Azospirillum和Hydrogenophaga分别为贫营养尾矿和富有机质河流沉积物中潜在驱动HOSbR的关键菌群。它们均利用Sb(V)还原基因(anrA和arrA)还原锑，却使用不同的途径进行氢氧化和固碳，这种差异与其不同的环境理化特征有关。此外，具有固氮潜能的Azospirillum是贫营养尾矿环境中的核心类群。研究人员结合微宇宙实验和因果推断模型分析，揭示出Azospirillum在驱动HOSbR的过程中，不仅通过Sb(V)还原降低了锑的移动性，还通过固氮作用促进了关键营养物质的获取，有助于尾矿复垦。

本研究揭示了锑污染不同生境中存在自养微生物驱动的氢氧化耦联Sb(V)还原全新生物的地球化学过程，同时阐明了其不同的微生物代谢机制及其生态修复潜能，为贫营养尾矿环境的解毒提质修复提供了全新的理论视角。

以上研究成果发表在微生物领域权威学术期刊Microbiome上。王一泽博士为论文第一作者，孙蔚旻研究员和徐智敏副研究员为通讯作者。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等项目的资助。

Azospirillum和Hydrogenophaga分别驱动氢氧化锑还原过程的代谢机制摘要图

论文信息：

Yize Wang, Xiaoxu Sun, Yubo Cao, Zhimin Xu *, Huicai Sun, Xiaojie Guan, Muhammad Usman Ghani, Lin Zheng, Baoqin Li, Duanyi Huang, Weimin Sun *. Identification of hydrogen oxidation coupled with antimonate reduction, a novel antimony biogeochemical cycling, in two contrasting antimony-contaminated environments. Microbiome, 2025, 13(1), 152.

论文链接：

https://doi.org/10.1186/s40168-025-02149-z

（土壤生态修复团队 王一泽/供稿）