砷污染稻田开展农业生产易造成水稻籽粒砷过量累积,严重影响农产品安全与人体健康。最新研究发现,稻田土壤砷过量甲基化转化易诱导水稻产生直穗病,且不同有机物料施用后可差异性激发土壤砷甲基化效率。此外,砷甲基化亦是稻田土壤砷向大气挥发的重要驱动力。然而,具体是哪类有机成分主导稻田砷甲基化进程?其生物学机制又是什么?目前还不清楚。因此,本论文以两种腐殖酸如胡敏酸、富里酸,以及水稻根系分沁物中的代表性有机酸——柠檬酸为对象,通过开展砷挥发捕获、水稻苗期培养试验以及运用分子生物学分析手段,揭示胡敏酸、富里酸和柠檬酸添加后对稻田土壤砷甲基化进程的影响及相关分子生物学机制,旨在为减轻水稻直穗病发生、保障水稻安全生产,以及阐明砷生物地球化学循环的微生物过程提供科学依据。主要结果如下:(1)通过砷挥发静态捕获培养试验研究发现,添加胡敏酸、富里酸和柠檬酸后均不同程度地提高土壤溶液中总砷、甲基态砷含量,且随添加浓度增加而明显增加;第13周内,FA-1和CA-1处理有机砷浓度较CK显著增加约4080.5%和4727.3%;柠檬酸及1%浓度的富里酸处理激发土壤砷甲基化效应更为显著,柠檬酸较多的Carbonyl C(羧基)及较少Aromatic C(芳香族碳)的化学结构可能是其促进砷甲基化的重要原因;各处理土壤砷挥发量随培养时间延长而显著增加,1%浓度胡敏酸处理后稻田土壤砷挥发量最大,砷化氢、还原态二甲基砷和三甲基砷是砷挥发的主要形态;土壤溶液中总砷、有机砷和无机砷含量均与土壤pH值之间均呈正相关关系,各处理土壤溶液中总砷与总铁含量均呈显著正相关关系(P<0.01),胡敏酸、富里酸和柠檬酸施用后通过调控土壤pH值升高,Eh值降低,促进铁吸附态砷的还原溶解可能是其增加溶液砷含量的重要原因。(2)通过对1%浓度及对照土壤样品的细菌(16S rRNA)和砷甲基化功能微生物(arsM)进行qPCR扩增与高通量测序研究发现,添加胡敏酸、富里酸和柠檬酸处理的土壤arsM基因与16S rRNA拷贝数均不同程度低于对照,且柠檬酸处理两者丰度均显著低于CK;各处理土壤溶液中砷浓度增加,可能是导致土壤细菌及arsM微生物丰度下降的重要原因;胡敏酸、富里酸和柠檬酸施用显著改变稻田土壤全细菌及arsM微生物多样性:基于各处理中丰度前20的arsM微生物变化,与CK相比,CA-1处理砷甲基化功能微生物如Sphaerobacter(14.8%)、Stackebrandtia(7.2%)、Amycolatopsis(8.6%)和未知菌属(16.7%)的相对丰度均显著增加,而FA-1处理中Apiotrichum(4.4%)、Microbacterium(5.2%)和Microlunatus(6.8%)相对丰度均显著高于CK;柠檬酸处理可能通过增加对砷具更强甲基化能力的微生物丰度,最终提升了砷甲基化效率。(3)模拟苗期水稻根区培养发现,0.1%浓度胡敏酸、富里酸和柠檬酸处理下水稻根区土壤溶液总砷、无机砷及甲基砷浓度与对照相比差异不显著,该结果可能与有机到施用浓度较低且培养时间较长等因素有关;各处理水稻地下部无机砷、一甲基砷含量均不同程度高于对照处理,而DMA含量则显著高于对照(P<0.05),不同处理比较,0.1%浓度富里酸施用后水稻地下部DMA含量最高;此外,研究还发现水稻地下部除三甲基砷以外的各形态砷含量均明显高于地上部,特别是无机砷含量,表明水稻根系可固定无机态砷,减少其向地上部转运;培养结束后,各处理均不同程度改变培养体系Eh和pH状况。