近日，国科大杭州高等研究院环境学院2023级硕士范韦华系统梳理了水体柱中颗粒态汞的微生物甲基化过程及其潜在机制，揭示了悬浮颗粒物通过多途径增强甲基化效率。相关成果以“Microbial methylation of particulate-bound mercury in water column and its underlying mechanisms: A critical review”发表于《Water Research》。甲基汞（MeHg）具有极强的生物累积与放大效应，是水生生态系统中危害最大的汞形态。长期以来，底层沉积物被认为是汞甲基化的主要“热点”。然而，近年研究发现，水体柱中的甲基化过程，尤其是在海洋和深水湖泊中，构成了不可忽视的来源，悬浮颗粒物在此过程中扮演关键角色。

▲文章信息

汞（Hg）是一种全球性有毒污染物。在水生环境中，无机汞经微生物甲基化转化为甲基汞（MeHg），可沿食物链放大数百万倍，对生态系统安全及人体健康构成严重威胁。长期以来，沉积物被视为汞甲基化的主要场所，但大量现场观测表明，海洋及深水湖泊中层水体往往具有最高的MeHg浓度，且水柱中的MeHg含量和甲基化速率通常显著高于沉积物，表明水体柱内部的原位甲基化过程是不容忽视的重要来源。这一现象也对传统“汞甲基化主要发生在厌氧环境”的认知提出了挑战，因为典型海水环境总体上以有氧条件为主。为厘清这一科学问题，本文重点聚焦颗粒态汞（Hg_P）在水柱原位甲基化中的关键作用。Hg_P约占水体总汞的10-90%，是水体汞库中的重要组成部分。通过对汞同位素组成、甲基化速率常数及微生物群落结构的综合分析，本文排除了沉积物再悬浮和溶解态MeHg吸附作为颗粒态MeHg主要来源的可能性，证实了水柱中悬浮颗粒物驱动的原位甲基化是MeHg生成的主导机制。在汞甲基化细菌层面，宏基因组学证据表明广泛分布的亚硝酸盐氧化菌Nitrospina可能是海洋及深水湖泊水柱中的潜在关键甲基化细菌。

此外，本文系统总结了悬浮颗粒物增强汞甲基化的四种可能机制：（1）提供厌氧微环境和必需营养物，以支持甲基化细菌生长；（2）通过紧密接触促进Hg_P与甲基化细菌之间的配体交换过程；（3）小尺寸颗粒物能够被汞甲基化细菌直接摄取，提高生物有效性；（4）减少汞在细菌表面的老化过程。这些机制共同解释了为何在有氧的水柱环境中仍能够维持较高的MeHg生成量。最后，论文指出该领域仍面临若干关键科学挑战，如需深入解析悬浮颗粒物微环境对甲基化菌活性与群落演替的调控机制，阐明不同形态汞的跨膜转运及生物可利用性差异，并通过纯培养及功能实验直接验证Nitrospina等菌的甲基化功能。

上述进展将为全球汞生物地球化学模型提供关键参数，支撑《水俣公约》背景下水生生态系统MeHg风险的科学评估与精准管控。

▲水柱中悬浮颗粒物驱动的微生物甲基化过程

国科大杭州高等研究院环境学院2023级硕士研究生范韦华为该论文第一作者，通讯作者为郭瑛瑛副研究员和阴永光研究员。该研究得到了国家自然科学基金等资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124871