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红树林生态系统在蓝色碳（C）固存方面意义重大，但其木质素生物处理过程不明。研究人员通过分析木质纤维素、宏基因组测序，发现沉积物木质素占比高、降解基因少且具深度分层现象。这增进了对海岸蓝色碳生态系统有机 C 循环和存储的理解。
在神秘的海岸线上，红树林生态系统犹如一座蓝色碳库，虽仅占据全球沿海面积的 0.5%，却对沿海沉积物碳（C）存储贡献了 10 - 15%（24 Tg C yr
-1） 。木质纤维素碎屑作为红树林沉积物的主要碳输入，其中木质素却因难以被多数微生物利用，在沉积物中缓慢降解，其从红树林落叶衍生的半衰期在沉积物上层 1.5 米约为 150 年。而且，以往对木质素的研究多集中于表层沉积物（0 - 20 cm），但大量的碎屑积累来自延伸至 100 cm 以下的细根。同时，对于木质素降解微生物及其相关途径，以及它们如何适应氧气波动，科学界仍知之甚少。为了揭开这些谜团，中山大学生态研究团队开展了深入研究。
研究人员在珠海淇澳岛自然保护区采集了 5 个 100 cm 的红树林沉积物核心样本，对其进行了木质纤维素含量测定和微生物组分析。通过宏基因组测序等技术，深入探究了微生物驱动的木质素代谢过程。
研究结果如下：
- 木质纤维素含量和 CAZyme 编码基因丰度的垂直模式：在红树林沉积物的木质纤维素成分中，木质素含量最高（29.61 - 67.26 g/kg），且随深度增加而减少，在总木质纤维素中占比始终高达 95.0 - 97.7%。参与木质素分解的辅助活性（AA）家族基因仅占 CAZyme 编码基因的 1.24 - 1.98%，且表层沉积物中 AA 家族基因丰度显著高于深层，表明表层沉积物木质素降解潜力更大12。
- 木质素解聚基因和微生物的深度分层：研究发现，在红树林沉积物中，漆酶相关的 AA1 家族主要负责木质素解聚。表层沉积物中，大部分木质素解聚基因（80.7 - 100.0%）来自细菌；而随着深度增加，古菌在潜在木质素解聚者中的相对丰度上升，在深层占比达 35.2 - 48.5% 。不同微生物谱系在表层和深层沉积物中的相对丰度存在明显差异34。
- LMDs 矿化基因的深度分层：研究识别出红树林沉积物中 LMDs 的 9 种主要矿化途径相关基因，这些途径根据对氧气的依赖程度可分为有氧、低氧和厌氧三类。其中，参与厌氧 ATP 依赖型苯甲酰辅酶 A 环裂解途径的 bcrABCD 基因（386.5 TPM）最为丰富。而且，有氧和低氧途径的许多基因在表层沉积物中显著富集，而厌氧途径基因在深层沉积物中富集56。
- 多种细菌参与 LMDs 矿化途径：研究获得 49 个含有几乎完整 LMDs 矿化基因集的宏基因组组装基因组（MAGs），分属于 9 个细菌谱系。不同细菌谱系的 MAGs 在表层或深层沉积物中呈现不同的富集模式，且部分表层富集的细菌（如 Alphaproteobacteria 和 Gammaproteobacteria 成员）具有更高的生物量生产能力78。
- 扩展的厌氧呼吸途径：研究分析了 6 个代表性 MAGs 的厌氧呼吸途径，发现它们含有与反硝化、异化硫酸盐还原（DSR）、异化硝酸盐还原为氨（DNRA）、连四硫酸盐呼吸或 Fe（III）呼吸相关的基因。部分细菌可通过这些不同的呼吸途径为厌氧 LMDs 矿化提供能量，如 Zixibacteria 成员可通过 DSR 或连四硫酸盐呼吸耦合的 I 类 BCR 途径进行 LMDs 矿化910。
- 被忽视的古菌驱动的 LMDs 矿化途径：研究发现部分古菌（如 Bathyarchaeota）含有参与厌氧 ATP 依赖型苯甲酰辅酶 A 环裂解途径的基因，为其参与 LMDs 矿化提供了基因组证据，但目前尚未发现完整的将 3 - 羟基戊二酰辅酶 A 转化为乙酰辅酶 A 的基因集，这表明该古菌谱系在这方面可能存在未被探索的遗传机制1112。
研究结论表明，红树林沉积物中微生物驱动的木质素代谢存在显著的深度异质性。表层沉积物中微生物具有多种氧气适应性策略，能在快速变化的氧化还原条件下生存；而深层沉积物中微生物主要通过厌氧苯甲酰辅酶 A 途径参与 LMDs 矿化，且可利用多种电子受体。此外，研究还发现 “酶锁” 机制在表层和深层沉积物中存在差异，影响着有机碳的存储。该研究成果发表在《npj Biofilms and Microbiomes》，极大地增进了科学界对沿海蓝色碳生态系统中沉积有机碳循环和存储的理解，为深入研究蓝色碳汇提供了重要依据。
在研究方法上，研究人员主要采用了以下关键技术：一是采样与样本处理，在淇澳岛自然保护区采集红树林沉积物样本，将其切片处理后分别用于 DNA 提取和木质纤维素含量测定；二是宏基因组测序，对提取的 DNA 进行测序，分析微生物群落组成和功能基因；三是生物信息学分析，利用多种软件对测序数据进行组装、注释和分类，从而深入探究微生物的代谢途径和功能。
