红树林沉积物中系统发育和代谢多样性碳固定微生物的分布特征及其生态功能研究

本研究针对红树林沉积物中暗碳固定(DCF)过程认知不足的问题，通过放射性碳标记结合多组学技术，揭示了DCF速率与DIC、TS、AVS等环境因子的关联，发现CBB循环和WL途径为主导碳固定途径，鉴定出Gammaproteobacteria等关键功能类群，为理解"蓝碳"生态系统的微生物驱动机制提供新视角。

　　

红树林作为连接陆海生态系统的关键过渡带，其沉积物中蕴藏着惊人的碳封存潜力。尽管传统研究聚焦于有机碳的降解过程，但近期发现微生物驱动的暗碳固定(DCF)在碳循环中的作用被严重低估。这些化能自养微生物如何利用无机碳？它们在垂直沉积剖面如何分布？又通过哪些代谢途径支撑碳固定？这些问题对理解"蓝碳"生态系统的功能机制至关重要。

为解答这些问题，来自自然资源部第三海洋研究所的Zongze Shao团队联合国内外多家机构，在《Microbiome》发表了创新性研究。研究人员采用放射性碳(¹⁴C)标记测定DCF速率，结合宏基因组和宏转录组分析，系统解析了福建三处红树林沉积物0-20 cm剖面的微生物群落结构与功能。关键技术包括：分层采样获取31个沉积物样本，通过qPCR和16S rRNA测序分析微生物组成，利用HiSeq 2500平台进行宏基因组测序并重建635个MAGs，结合宏转录组验证功能基因表达，采用METABOLIC等工具进行代谢通路注释。

DCF速率与环境因子的深度分布特征

研究发现DCF速率呈现明显的深度依赖性变化（0.02-3.27 mmol C m^-2 day^-1），与DIC、TS、AVS等呈正相关，而与有机碳含量无关。Zhangjiang河口站点显示出最高活性，推算福建红树林年固碳量可达58.38吨。

微生物群落结构与碳固定途径

宏基因组分析揭示了六种碳固定途径，其中CBB循环和WL途径占主导地位。表面层以携带CBB循环的Gammaproteobacteria（如Thiodiazotropha）为主，通过硫/氢氧化耦合氧还原驱动DCF；深层则以具有rTCA循环的Campylobacteria（如Sulfurovum）和WL途径的Desulfobacteria为主，依赖硫、氢及CO氧化；最深层（18-20 cm）则由产甲烷古菌Methanosarcinia主导。

能量代谢的生态位分化

宏转录组证实：表层微生物高表达硫氧化基因（soxB、sqr）和氧还原酶（ccoN），而深层微生物主要表达硫酸盐还原基因（aprAB、dsrA）和CO脱氢酶（cooSF）。首次在候选门JAJVIF01和BMS3Abin14中发现碳固定潜力，扩展了已知微生物多样性。

混合营养策略的适应性优势

携带WL途径的微生物（如Desulfobacteria）表现出混合营养特征，含有丰富的糖苷水解酶（GHs）和转移酶（GTs），能同时利用有机和无机碳源。这种代谢灵活性使其在动态变化的红树林环境中具有竞争优势。

该研究首次系统阐明了红树林沉积物中DCF过程的微生物驱动机制，突破性地发现：在传统认知的"有机碳主导"生态系统中，化能自养微生物通过多途径协作形成重要碳汇。研究成果为评估全球海岸带碳循环提供了新的理论框架，对"蓝碳"资源的科学管理具有重要指导意义。未来需结合稳定同位素示踪等技术，进一步验证不同地理区域红树林的DCF贡献。