食用鱼肉是人类汞暴露的主要途径之一。鱼体内的甲基汞主要通过食物链富集，大多数情况下遵循高营养级富集水平高于低营养级的规律，然而单纯从食物链富集的角度很难解释相同营养级鱼体中甲基汞含量的差异。有研究表明鱼体内存在汞的去甲基化过程，该途径可能是影响鱼体甲基汞生物富集的一个原因，然而对于鱼体内汞的形态转化过程及机制至今仍不清楚。目前普遍认为自然界中的汞形态转化过程主要是环境微生物介导的生物催化过程，受hgcAB、merAB基因的调控。基于汞形态转化的遗传基础，可以通过hgcAB、merAB基因的定性、定量分析预测鱼体肠道内容物中是否具有hgcAB、merAB基因，进而推测汞甲基化、去甲基化的速率。一方面明晰鱼体内是否存在汞形态转化基因，另一方面揭示甲基汞生成的基因多样性以及汞形态转化相关微生物群落特征。由于环境微生物样品的复杂性，对于群体中特定功能基因的定性、定量分析存在定性不全面、定量假阳性率高的问题。本研究通过建立优化环境微生物样品定性、定量方法，探讨了沉积物和鱼体肠道内容物中环境微生物汞甲基化、去甲基化关键基因hgcAB、merAB的丰度，以及hgcA基因与甲基汞含量之间的关系。甲基汞生成能力的预测以及鱼体内汞形态转化的研究对于阐明汞的生物富集与食物链传递具有重要意义，将为科学评价环境中汞生态风险提供科学依据。
基于此，本论文的主要研究结果如下：
（1）建立基于液相分子杂交捕获的功能基因检测方法，可成功对复杂环境样品中hgcA、merA进行定性、定量分析。
（2）应用建立好的检测方法结合荧光定量PCR和16s rRNA测序分析沉积物中hgcAB、merAB的丰度及微生物群落结构，探讨沉积物中hgcA与甲基汞比例之间的关系，同时分析了主导汞形态转化的微生物群落。发现沉积物中汞甲基化基因hgcA丰度与甲基汞比例呈正相关，表明汞形态转化基因介导的微生物汞形态转化在沉积物甲基汞比例中起主导作用。沉积物中高甲基汞含量的代表菌属为芽单胞菌属，瘤胃梭菌属，酸化菌属，地杆菌属；低甲基汞位点优势菌群为硫功能菌，包括脱硫化橄菌属，硫杆菌属，脱硫酸盐橡菌属，硫碱螺旋菌属等。
（3）应用建立好的检测方法结合荧光定量PCR和16s rRNA测序分析鱼体肠道中hgcAB、merAB的丰度及微生物群落结构，探讨鱼体肠道微生物在鱼体甲基汞富集过程中的作用。首次证明鱼体内存在汞形态转化基因hgcA、hgcB、merA、merB，但其相对丰度较低，与鱼体甲基汞比例并无相关性。表明鱼体肠道中存在汞形态转化过程，但是该过程对鱼体甲基汞富集过程的影响较小。鱼体肠道内容物的优势菌群有别于沉积物，包括假单胞菌属、气单胞菌属、拟杆菌属、瘤胃菌属等，聚类分析并未发现与甲基汞比例相关的菌属。