南极大陆虽以冰雪覆盖著称，但其有限的无冰区却孕育着活跃而多样的微生物生态系统，例如南极低等植物苔藓、地衣以及土壤都为南极微生物群落提供了独特微生境。但是迄今，对于南极低等植物共生微生物及其与南极土壤微生物群落结构与功能的差异了解非常少，尤其是南极微生物群落在不同微生境以及南极极端环境中的生态策略仍是未解之谜。

2025年6月13日，《Environmental Micorbiome》发表了上海交大生命科学技术学院李志勇教授团队的文章Antarctic ice-free terrestrial microbial functional redundancy in core ecological functions and microhabitat-specific microbial taxa and adaptive strategy，基于 GeoChip 功能基因芯片与高通量测序分析相结合的策略，全面系统评估了南极无冰陆地生态系统中苔藓、地衣和土壤三种微生境中原核与真核微生物群落结构组成、生态功能潜力与南极极端环境适应机制。

首先，该研究发现南极微生境主导微生物群落差异。相较于地理位置，微生境类型对微生物群落结构和功能的影响更为显著；苔藓与地衣共生微生物、土壤微生物具有不同于土壤微生物的特征原核、真核的微生物类群与独特的生态适应机制。其次，该研究提示南极苔藓、地衣与土壤微生物在核心生态功能方面表现出功能冗余性（不同物种执行相似功能），尤其是在碳循环、胁迫响应、金属稳态等方面，体现不同微生境的微生物群落为适应南极极端环境而采用相似的适应策略。最后，该研究显示南极苔藓、地衣与土壤微生物存在明显的针对不同微生境的微生物功能特化。例如，苔藓微生物富集合成铁载体来增加铁的吸收量和抗紫外线的玉米黄质基因以满足其抗氧化防御的需求。地衣微生物富集重金属转运和有机物降解基因；编码三甲胺甲基转移酶mttB 基因仅存在于地衣中，提示地衣微生物甲烷代谢潜力。在苔藓和地衣共生微生物中，参与类胡萝卜素生物合成的基因比土壤微生境中的更为丰富，表明苔藓和地衣共生微生物通过光保护机制帮助宿主抵抗紫外线辐射和氧化应激保护宿主。

图1. 苔藓、地衣和土壤微生物组中丰度最高的 20 个原核生物和真菌属统计分析

（相同字母表示无显著差异，不同字母表示根据 Tukey 的 HSD 检验结果存在显著差异）

图2. 苔藓、地衣和土壤微生物基因的相对丰度差异

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

图3. 苔藓、地衣和土壤微生物群落对南极环境的适应性

（a：贫营养；b：耐寒；c：抗紫外线；d：与类胡萝卜素相关的功能基因的相对丰度比较）

该研究首次揭示南极无冰区陆地低等植物与土壤微生物群落在核心生态功能中的功能冗余性及微生境特异性类群与适应策略，即：南极无冰区微生物群落可通过“核心功能冗余保稳定，微生境特异性促适应”的双重策略应对南极极端环境。苔藓、地衣共生微生物具有不同于土壤微生物的群落结构，但是三种微生境的微生物群落在核心生态功能方面表现出功能冗余性，而且在关键微生物种类和适应策略方面还具有针对特定微生境的特异化特征，因此，该研究极大拓展了对极地极端环境微生物生态学的认知。随着全球气候变暖，南极无冰区面积正逐渐扩大，理解南极无冰区陆地微生物群落的生存机制不仅关乎极地生态稳定性，也为人类探索生命极限提供重要线索。上海交通大学博士生张密密为该论文第一作者，李志勇教授为通讯作者。

论文链接：

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