港大團隊破解珠三角地下水高銨之謎 微生物發酵成主要源頭

香港文匯報訊（記者 莫楠）珠江三角洲地下水錄得全球最高的天然銨濃度，因此部分地下水未經處理即不宜飲用，惟具體由哪些微生物及代謝途徑產生銨，一直未有清晰答案。香港大學與深圳大學的跨地區研究團隊分析區內沉積物樣本，成功識別出主要的微生物代謝過程，揭示沉積物的深度、年代和鹽度如何影響微生物群落及產銨途徑，發現微生物發酵很可能是區內沉積物中產生銨的主要途徑，為解釋地下水天然銨濃度異常偏高提供關鍵線索，亦為人口稠密三角洲地區的地下水評估和監測提供科學依據。研究結果已於《自然通訊》發表。

由港大地球與行星科學系教授焦赳赳及深大教授李猛領導的研究團隊，結合地球化學與宏基因組學方法，分析從三個鑽孔取得的36個沉積物樣本。樣本來自不同深度，記錄了約13,000年的地質歷史，涵蓋陸相主導區、過渡區和海相主導區三種沉積環境。團隊分析沉積物中的微生物遺傳物質，重建出770個代表性宏基因組組裝基因組後發現，微生物群落的組成及其產銨代謝潛力，會沿陸相至海相的沉積環境梯度呈現明顯差異。分析亦顯示古菌傾向保留較為穩定、演化上較保守的功能特徵，細菌則能因應不同沉積環境展現更強的代謝靈活性。

與此同時，研究發現三個沉積帶均以發酵相關基因最為豐富，顯示微生物發酵很可能是沉積物中產銨的主要途徑。然而，這些基因的豐度會隨沉積深度和年代增加而下降。研究人員推測，較易分解的有機物在長期埋藏過程中逐漸耗盡，令可供微生物進行發酵和產銨的物質愈來愈少，因此現時錄得的高銨濃度，很可能是長時間累積和滯留的結果，而非僅是近期微生物活動所造成。

除發酵外，其他微生物氮代謝途徑在三個沉積帶之間亦呈現差異。在部分微生物代謝過程中，硝酸鹽可先被還原成亞硝酸鹽，再進一步轉化為銨。在陸相主導區，硝酸鹽還原相關基因的豐度僅次於發酵相關基因；而在鹽度較高的過渡區和海相主導區，將亞硝酸鹽直接轉化為銨的相關基因則更為突出。研究人員推測，不同沉積帶的鹽度，以及硝酸鹽和亞硝酸鹽的供應差異，可能影響微生物採用哪種途徑產銨。

在研究識別出的細菌中，源自海相環境的細菌屬Brevirhabdus可能是參與銨循環的重要類群。這類微生物可能是過去海相沉積環境留下的生物印記，並帶有參與發酵及將亞硝酸鹽轉化為銨的相關基因，顯示古代沉積環境遺留下來的微生物，至今仍可能持續影響地下水的化學特徵。

焦赳赳表示，研究進一步突破了過往僅將埋藏有機質視為銨來源的一般理解，「我們不但識別出可能負責產銨的微生物代謝途徑及相關微生物，亦揭示這些途徑因沉積環境不同而有所差異。」

研究建立了一個結合沉積演化、地下水地球化學與微生物功能的機制框架，有助識別較容易出現天然銨富集的地下水系統，為人口稠密三角洲地區的地下水評估、監測及處理規劃提供科學依據。