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Nature Communications|生物信息多学科交叉团队合作研究揭示海岸带生态系统微生物功能韧性机制

发布时间：2026-10-10

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蓝碳生态系统是连接陆地与海洋的关键生态界面，涵盖红树林、盐沼和海草床等典型生态系统。凭借高效的碳捕获与长期封存能力，蓝碳生态系统不仅是全球碳循环的重要组成部分，也是应对气候变化、维系生物多样性和维护海岸带生态安全的重要自然基础。近期，我校于家峰教授带领的山东省生物信息多学科交叉研究团队联合中国科学院烟台海岸带研究所、中国科学院土壤研究所及国内外科研人员联合完成的学术论文“Resilience of blue carbon microbiomes in response to ecological and anthropogenic filtering”在国际权威期刊Nature Communications发表，团队骨干成员生物物理研究院刘健博士为共同第一作者。

该研究基于116个代表性样点建立了中国蓝碳微生物基因组目录（CBCMC，图 1）并系统解析了我国蓝碳生态系统微生物群落结构对环境变化和人类活动的响应及其功能韧性，为回答“海岸带韧性如何产生”这一关键科学问题提供了微生物学证据。

图1 中国典型蓝碳生态系统微生物基因组生态特征

研究结果表明，我国典型蓝碳生态系统微生物群落组成与陆地、海洋、临近水域及其他水生生态系统相比具有明显的独特性，不同生态系统类型和地理区域之间的微生物组成也存在显著差异。因此，构建CBCMC为深入认识蓝碳生态系统微生物群落组成、空间分布及其生态功能提供了重要基础。同时，蓝碳生态系统微生物群落受到显著的环境筛选作用（图2）。地球化学性质、有机碳特征、气候条件和人类活动均影响微生物群落组成。重要的是，尽管群落组成变异显著，生态功能却保持相对稳定。研究涉及的19类主要代谢过程中，有17类广泛存在于全部采样点。沿碳氮比、温度、农业用地和人口密度等环境梯度，微生物分类组成发生明显周转，而功能组成的变化幅度总体较小。其重要原因在于蓝碳微生物群落存在较强的“功能冗余”。不同进化谱系的微生物承担相似的代谢功能，因此发生物种丰度改变后，整体功能维持相对稳定。

图 2 环境梯度下微生物群落组装及功能周转特征

以微生物碳固定为例，具有较高碳固定潜力的微生物分属于不同的进化谱系（图3）。不同位点间碳固定微生物的分类组成差异显著高于碳固定功能差异（0.55 vs. 0.18）。因此，即使执行碳固定功能的微生物发生替换，微生物碳固定仍可以保持相对稳定。这为理解蓝碳生态系统在复杂环境压力下维持固碳功能提供了新的微生物学解释。这种功能韧性可能是维持蓝碳生态系统碳汇功能长期稳定的重要机制之一。但是，研究进一步发现微生物结构和功能受到高扰动强度的制约。在物种大量丧失情况下（比如2/3），盐沼微生物系统表现出最高的脆弱性。因此，功能冗余为蓝碳生态系统提供了一定“缓冲能力”，但并不意味着其可以无限承受环境扰动。这一发现也为理解蓝碳生态系统长期碳汇功能提供了重要基础。

图3 不同系统发育谱系间微生物碳固定功能的冗余性

近年来，生物信息多学科交叉研究团队在智慧农业及生态领域与国内外科研机构开展深度合作，先后在Nature Communications、Global Change Biology、Geoderma、Soil & Tillage Research、Bioresource Technology、Ecological Informatics等期刊发表系列成果，为农业资源利用、蓝碳生态系统的碳收支机制等领域提供了重要的科学依据。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-77867-5

（作者：生物物理研究院刘健供稿审核人：许士才于家峰）

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