污染海岸带沉积物微生物群落驱动因子与互作机制解析及其生态意义

为解析长期受污染海岸带沉积物中微生物群落的组装机制，研究人员以亚得里亚海沿岸港口与海湾为研究对象，通过多组学分析与环境因子关联研究，发现地理因素主导微生物群落结构，而真菌群落对污染物响应最为敏感。重金属污染显著削弱原核生物与原生生物间互作关系，为海岸带生态健康评估提供了关键微生物指标。

　　

在海岸带生态系统中，沉积物微生物群落作为水体和海底界面的关键生物屏障，承担着有机质分解、生物地球化学循环和污染物降解等重要生态功能。然而随着沿海地区人类活动加剧，港口和海湾区域长期承受着工业排放、航运活动及城市径流带来的多重污染压力，特别是重金属和营养盐的输入对底栖微生物群落造成持续胁迫。尽管经过三十多年的研究，学界对微生物群落组成和分布规律已有相当积累，但关于海岸带沉积物微生物群落组装机制及其对人为干扰响应规律的认识仍存在显著空白。

发表于《Environmental Microbiome》的最新研究通过整合多维度数据，首次系统揭示了亚得里亚海沿岸污染沉积物中三大微生物群落（原核生物、真菌和原生生物）的组装驱动机制。研究人员选取克罗地亚沿岸7个长期受污染的港口和海湾（普拉港、拉沙湾、里耶卡港、巴卡尔湾、希贝尼克湾、弗拉尼奇盆地和斯普利特港）以及3个参考点，共采集67个沉积物样本，运用高通量测序技术（16S和18S rRNA扩增子测序）结合环境因子分析，揭示了地理因素、环境选择压力和污染物胁迫对微生物群落的差异化影响。

研究采用的关键技术方法包括：改进的BCR（欧洲共同体参考局）连续提取法测定金属生物可利用态；高通量测序（Illumina NovaSeq平台）分析微生物群落结构；基于Bray-Curtis相异性的主坐标分析（PCoA）和距离衰减关系（DDR）评估生物地理格局；PERMANOVA分析识别显著影响因子；Mantel检验评估微生物群落间互作关系；以及Hill数计算有效香农多样性。

地理位置塑造微生物群落

通过Bray-Curtis相异性分析发现，地理位置是影响所有微生物群落结构的最强因素（原核生物R2=0.469，真菌R2=0.491，原生生物R2=0.513）。PCoA分析显示南北亚得里亚海区域形成明显分异，而河口沉积物（如拉沙湾）呈现出独特的微生物群落结构。距离衰减关系分析表明真菌群落的地理衰减最强（R2=0.22），其次为原生生物（R2=0.12）和原核生物（R2=0.05），证实了地理隔离在群落组装中的主导作用。

不同采样点的α多样性差异

原核生物多样性最高（799±165），其次为原生生物（97±31）和真菌（59±34）。虽然原核生物和原生生物的总体多样性在各地间无显著差异，但真菌多样性在弗拉尼奇盆地与巴卡尔湾（p=0.0098）、弗拉尼奇盆地与希贝尼克湾（p=0.0098）间存在显著差异，表明真菌对局部环境变化更为敏感。

扩散和选择因素对底栖微生物群落的影响

PERMANOVA分析揭示扩散因素（特别是地理位置）对所有微生物群落的丰度和出现率（incidence）均有显著影响。在选择因素中，沉积物和水体温度以及人为干扰水平对所有群落的丰度均产生显著影响（p<0.01）。真菌丰度对沉积物氧化还原电位和特定污染物（铜、锌、镉、总氮）表现出独特敏感性，而原生生物丰度则受汞、总有机碳、铋和砷的生物可利用态影响显著。值得注意的是，微生物出现率（反映稀有类群）受选择因素的影响较丰度更弱，表明稀有类群可能具有更强的生态稳定性。

选择因素与微生物-微生物关系的关联

重金属污染物（铋、镉、铜、锌、汞）之间存在显著正相关，且与营养盐（总有机碳、总氮）呈现协同效应。通过Mantel检验发现，在低污染条件下，原核生物与原生生物间互作最强（r=0.824-0.849），而重金属污染会导致微生物群落间互作显著减弱，特别是原核生物-原生生物互作在铋污染下急剧下降（r=0.226）。真菌-原生生物互作对重金属污染的敏感性最低，甚至在汞污染条件下出现增强现象（r=0.809→0.813），表明不同微生物类群对污染胁迫的响应机制存在差异。

研究结论强调，尽管研究区域受到显著人为干扰，地理因素仍是塑造底栖微生物群落结构的主要驱动力。真菌群落作为最敏感的生物指标，对局部环境条件和污染物胁迫响应最为显著。重金属污染导致的微生物互作关系减弱（特别是原核生物-原生生物间）可能影响生态系统的营养循环和功能稳定性。该研究为海岸带生态系统健康评估提供了重要的微生物生态学依据，并指出未来需要结合宏基因组学方法进一步探究功能基因层面的响应机制。这些发现对制定海岸带污染治理和生态保护策略具有重要指导意义，特别是在人类活动日益密集的地中海沿岸地区。