南極大陸雖以冰雪覆蓋著稱，但其有限的無冰區卻孕育著活躍而多樣的微生物生態系統，例如南極低等植物苔蘚、地衣以及土壤都為南極微生物群落提供了獨特微生境。但是迄今，對於南極低等植物共生微生物及其與南極土壤微生物群落結構與功能的差異了解非常少，尤其是南極微生物群落在不同微生境以及南極極端環境中的生態策略仍是未解之謎。

2025年6月13日，《Environmental Micorbiome》發表了上海交大EON体育4平台李誌勇教授團隊的文章Antarctic ice-free terrestrial microbial functional redundancy in core ecological functions and microhabitat-specific microbial taxa and adaptive strategy，基於 GeoChip 功能基因芯片與高通量測序分析相結合的策略，全面系統評估了南極無冰陸地生態系統中苔蘚、地衣和土壤三種微生境中原核與真核微生物群落結構組成、生態功能潛力與南極極端環境適應機製。

首先，該研究發現南極微生境主導微生物群落差異。相較於地理位置，微生境類型對微生物群落結構和功能的影響更為顯著；苔蘚與地衣共生微生物、土壤微生物具有不同於土壤微生物的特征原核、真核的微生物類群與獨特的生態適應機製。其次，該研究提示南極苔蘚、地衣與土壤微生物在核心生態功能方面表現出功能冗余性（不同物種執行相似功能），尤其是在碳循環、脅迫響應、金屬穩態等方面，體現不同微生境的微生物群落為適應南極極端環境而采用相似的適應策略。最後，該研究顯示南極苔蘚、地衣與土壤微生物存在明顯的針對不同微生境的微生物功能特化。例如，苔蘚微生物富集合成鐵載體來增加鐵的吸收量和抗紫外線的玉米黃質基因以滿足其抗氧化防禦的需求。地衣微生物富集重金屬轉運和有機物降解基因；編碼三甲胺甲基轉移酶mttB 基因僅存在於地衣中，提示地衣微生物甲烷代謝潛力。在苔蘚和地衣共生微生物中，參與類胡蘿蔔素生物合成的基因比土壤微生境中的更為豐富，表明苔蘚和地衣共生微生物通過光保護機製幫助宿主抵抗紫外線輻射和氧化應激保護宿主。

圖1. 苔蘚、地衣和土壤微生物組中豐度最高的 20 個原核生物和真菌屬統計分析

（相同字母表示無顯著差異，不同字母表示根據 Tukey 的 HSD 檢驗結果存在顯著差異）

圖2. 苔蘚、地衣和土壤微生物基因的相對豐度差異

（*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001，****p < 0.0001）

圖3. 苔蘚、地衣和土壤微生物群落對南極環境的適應性

（a：貧營養；b：耐寒；c：抗紫外線；d：與類胡蘿蔔素相關的功能基因的相對豐度比較）

該研究首次揭示南極無冰區陸地低等植物與土壤微生物群落在核心生態功能中的功能冗余性及微生境特異性類群與適應策略，即：南極無冰區微生物群落可通過“核心功能冗余保穩定，微生境特異性促適應”的雙重策略應對南極極端環境。苔蘚、地衣共生微生物具有不同於土壤微生物的群落結構，但是三種微生境的微生物群落在核心生態功能方面表現出功能冗余性，而且在關鍵微生物種類和適應策略方面還具有針對特定微生境的特異化特征，因此，該研究極大拓展了對極地極端環境微生物生態學的認知。隨著全球氣候變暖，南極無冰區面積正逐漸擴大，理解南極無冰區陸地微生物群落的生存機製不僅關乎極地生態穩定性，也為人類探索生命極限提供重要線索。EON体育4博士生張密密為該論文第一作者，李誌勇教授為通訊作者。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1186/s40793-025-00735-0