《Regional Studies in Marine Science》：Microbial communities in mangrove sediments: Ecological functions, conservation strategies, and bioremediation potentials
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摘要红树林生态系统是至关重要的沿海栖息地，其生物多样性和蓝碳储存依赖于多样化的沉积物微生物组，这些微生物组在陡峭的盐度和氧化还原梯度上构建。在这些沉积物中，细菌、古菌、真菌和微藻协调固氮、有机质分解、硫和碳循环以及污染物修复。功能上突出的分类群包括烃类降解菌（Alcanivo
摘要
红树林生态系统是至关重要的沿海栖息地，其生物多样性和蓝碳储存依赖于多样化的沉积物微生物组，这些微生物组在陡峭的盐度和氧化还原梯度上构建。在这些沉积物中，细菌、古菌、真菌和微藻协调固氮、有机质分解、硫和碳循环以及污染物修复。功能上突出的分类群包括烃类降解菌（Alcanivorax, Pseudomonas, Marinobacter）、硫酸盐还原菌（Desulfovibrio）、产甲烷菌（Methanobrevibacter, Methanosarcina）和分解真菌（Aspergillus, Penicillium）。这些能力支撑了应用机制——生物表面活性剂介导的烃类降解、金属的微生物生物吸附/生物转化，以及通过 PETase/MHETase 的酶促塑料解聚。然而，加剧的压力源持续存在；重金属污染现在影响全球 35% 的红树林，改变了沉积物化学和微生物功能动态。整合宏组学见解，本综述强调了一个关键的知识缺口：尽管分子数据集迅速增长，但推断的功能潜力与可测量的生态系统结果之间仍存在持续的脱节，限制了预测和管理。本综述的独特贡献是通过应用视角，将微生物群和功能与生态系统恢复力联系起来，围绕四个主题组织：（i）红树林沉积物中微生物的组成和生态角色；（ii）增强营养吸收和胁迫耐受的物种特异性植物 - 微生物相互作用；以及（iii）微生物在恢复和石油、金属及微塑料生物修复中的作用，随后是（iv）对气候变化驱动的群落结构和功能变化的评估。这种综合突出了微生物群与红树林生态系统恢复力之间的关键功能联系，为气候变化下的恢复和生物修复提供了框架。
引言
红树林森林是热带和亚热带潮间带生态系统，提供包括海岸线稳定、生物多样性支持和长期碳储存（“蓝碳”）在内的关键服务（Palit et al., 2022, Thatoi et al., 2013, Gerona-Daga and Salmo, 2022）。历史上，红树林被广泛清除用于沿海开发和水产养殖，但最近的全球评估强调，红树林仍面临土地利用变化、污染以及气候变化驱动的压力源（如海平面上升和变暖）的日益增长的压力（IPCC, 2022, Zhang et al., 2021）。这些评估强调，维持红树林的持久性和恢复将需要更好地理解支撑恢复力的生态过程，包括沉积物生物地球化学和微生物组介导的功能。
全球范围内，红树林历史上覆盖了约 75% 的热带海岸线，但现在是最受威胁的生态系统之一（Anu et al., 2024, Zhang et al., 2021）。在不同地区，由于温度制度、盐度和淡水输入、潮汐幅度、有机质质量、植被类型和人为影响的差异，红树林沉积物环境和微生物组有所不同。来自多样化红树林省区（如东南亚、美洲和其他热带/亚热带海岸线）的比较证据表明，微生物群落组成和功能潜力可能随沉积物深度和干扰梯度而变化，这对营养循环、碳储存和生态系统恢复具有影响（Alongi, 2018）。认识到这种空间变异性对于得出一般性结论以及将微生物组知识转化为跨地区的保护和恢复策略至关重要。
在阿联酋，红树林，尤其是Avicennia marina（当地称为 Al-Qurum），在极端盐度、高温和贫营养土壤的严酷条件下保护海岸线和维持生物多样性方面发挥着至关重要的作用（El-Tarabily et al., 2021, Waleed et al., 2024）。这些严酷的环境促进了独特的生物地球化学条件，如波动的氧化还原电位和高有机质含量，支持高度特化的微生物群落。因此，在本综述中，阿联酋被作为更广泛全球综合中的一个说明性案例呈现，而不是主要的地理焦点。
红树林沉积物中的微生物群落在维持生态系统功能方面至关重要。它们由复杂因素矩阵塑造，包括盐度、氧化还原电位、有机质可用性、植被类型和人为输入（Alongi, 2018）。这些微生物通过将氮、磷、硫和碳化合物转化为植物和动物可利用的形式，贡献于生物地球化学循环，直接影响红树林系统的生产力、恢复力和再生（Priya et al., 2018, Thatoi et al., 2013）。微生物与红树林植被之间的共生相互作用增强了营养吸收和胁迫耐受性，构成了植物 - 微生物组互惠关系的基础（Reddy et al., 2021, Yan et al., 2024）。尽管对其重要性的认识不断提高，但在理解红树林微生物群落的多样性、分布和功能动态方面仍存在重大缺口——尤其是关于气候变化和污染等新兴压力源。填补这些缺口对于预测生态系统对环境变化的反应以及制定有效的保护和恢复策略至关重要。微生物研究的最新进展，主要是通过应用组学技术，提供了对微生物代谢途径和生态相互作用的更深刻见解。
本综述旨在通过解决几个关键目标，提供红树林沉积物中微生物群落的全面概述。首先，它刻画了这些群落在驱动基本生物地球化学过程中的组成和功能作用。其次，它探讨了红树林植物与其相关微生物群落之间的相互作用，重点关注影响植物健康和生态系统动态的物种特异性关联。第三，本综述评估了微生物群落在恢复和生物修复努力中的潜力，突出了它们在污染缓解和增强生态系统恢复力方面的作用。第四，它检查了气候变化对红树林相关微生物群落结构和功能的影响。最后，它确定了当前的知识缺口，并强调了将微生物生态学整合到有针对性的恢复策略中的重要性。通过解决这些目标，本综述旨在加深我们对红树林微生物组的理解，并支持促进这些至关重要的沿海生态系统长期健康和稳定的可持续管理实践的发展。
章节摘要
数据来源和文献检索策略
本综述综合了最近关于红树林沉积物中微生物群落的多样性、生态功能和生物修复潜力的证据。在 PubMed、Scopus、Web of Science Core Collection 和 Google Scholar 中进行了系统检索，查找 2010 年至 2024 年发表的研究。搜索字符串包括组合，如：“mangrove AND (microbial OR bacteria OR archaea OR fungi) AND (diversity OR metagenomics)”和“mangrove AND (bioremediation OR oil spill OR heavy
红树林沉积物环境概述
红树林沉积物表现出由潮汐相互作用、环境胁迫和微生物活动塑造的独特的物理化学特征。这些沉积物作为陆地和海洋生态系统之间的过渡区，显著影响微生物群落结构和生物地球化学过程（Berde et al., 2022）。表 1 总结了关键的物理化学特征、环境胁迫、微生物适应以及响应这些复杂条件的代表性分类群
微生物群落的组成和功能作用
微生物群落高度多样化，包括细菌、古菌、真菌和微藻，每种都对生态系统健康和生产力执行基本的生态角色（Sunish, 2024）。细菌构成了红树林沉积物中最丰富和多样化的微生物群，驱动营养循环、有机质分解和污染物修复等关键过程。优势分类群包括变形菌门（特别是 Alpha-, Beta-, Gamma-, Delta-, 和
影响微生物功能的环境梯度
红树林沉积物中微生物群落的结构和功能强烈受定义微生物生态位和活动模式的关键环境梯度影响（表 3，表 4）。
古菌，特别是产甲烷和氨氧化谱系如Methanosarcina和Nitrosopumilus，对氧气水平、植被类型和营养制度敏感，沿沉积物深度和微生境有明显分层（Alzubaidy et al., 2016）。真菌如Aspergillus，
微生物与红树林植物的相互作用
根际微生物组在维持红树林生态系统健康方面发挥着至关重要的作用，通过增强植物对环境胁迫的恢复力并维持营养循环。红树林沉积物承受高盐度、停滞水和营养限制；因此，根际——围绕植物根部的狭窄沉积物区——栖息着多样化的微生物群落，促进植物生长和生存（Ikenaga et al., 2010, Sarker et al., 2021）。这些微生物与红树林根部相互作用
微生物生物修复潜力
红树林生态系统面临各种污染挑战，包括石油泄漏、重金属污染和微塑料污染。表 6 总结了生物修复过程、微生物机制和解决这些污染物所涉及的关键分类群，突出了微生物作为恢复生态系统健康的可持续方法的潜力。
挑战与知识缺口
尽管取得了重大进展，理解红树林微生物种群仍然是一个挑战，存在多个未解决的问题。将微生物多样性与其功能角色联系起来仍然具有挑战性，这限制了保护和修复努力（Jagadesh et al., 2024, Peddle et al., 2024）。根际工程，即修改根 - 土界面以增强植物 - 微生物相互作用，在红树林恢复和植物修复方面展现出前景（图 4）。
结论与未来方向
红树林微生物群落通过营养循环、碳封存、污染物降解以及对植物健康和恢复力的支持，对生态系统功能做出重大贡献。根际和内生关系中的微生物相互作用在增强红树林在环境胁迫、污染和气候变化情景下的生存方面至关重要。尽管在理解红树林微生物组方面取得了重大进展，但仍存在关键知识缺口，
未引用的参考文献
(Alongi, 2014, Qian et al., 2024b, Siddique et al., 2024, Zhang et al., 2020, Zhang et al., 2021)
CRediT 作者贡献声明
Aparna Singh: 写作 – 原稿。 Maria Hasnain: 写作 – 原稿。 Ali El-Keblawy: 写作 – 审查与编辑，写作 – 原稿，监督，概念化。 Soumya Koippully Manikandan: 写作 – 审查与编辑，写作 – 原稿，可视化。 Mohamed S. Sheteiwy: 写作 – 审查与编辑。 Sara Humaid Al Hemeiri: 写作 – 原稿。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能出现在影响本论文报告工作的情况中。
Sara Humaid Al Hemeiri|Ali El-Keblawy|Soumya Koippully Manikandan|Aparna Singh|Maria Hasnain|Mohamed S. Sheteiwy
