冰基冰川下永久冻土：真菌新栖息地的发现及其生态意义

《Applied Soil Ecology》：Cold-based glaciers and underlying permafrost: A possible new habitat for fungi

　　本研究针对南极冰基冰川及下伏永久冻土这一极端生境中真菌群落结构及其驱动机制尚不明确的问题，通过采集分析15.6米深的冰芯与冻土样本，结合高通量测序与多元统计分析，揭示了以Meyerozyma和Taphrina为优势属的337个真菌OTUs的分布规律，证实盐分离子（Ca2+、Cl?等）和总氮是驱动群落结构的关键因子，并发现优势菌属间存在协同生存网络。该研究为理解极端环境下微生物长期存活机制及全球变暖背景下的元素循环提供了重要理论依据。

　　

在地球最南端的南极大陆，厚厚的冰盖之下隐藏着生命科学的未解之谜。长期以来，极地微生物研究多聚焦于细菌群落，而同样参与碳氮循环关键过程、被誉为"生态系统分解者"的真菌却鲜有关注。尤其在南极沿海冰基冰川（Cold-based glaciers）及其下伏的永久冻土（permafrost）这类极端生境中——低温、寡营养、高盐度环境对生命构成严峻挑战——真菌如何生存、繁衍乃至形成稳定群落，更是微生物生态学研究的前沿课题。随着全球变暖导致极地冰层消融，封存在冻土中的古老微生物及其代谢潜力可能对全球碳循环产生深远影响，厘清这类极端环境真菌群落的组成与功能机制显得尤为紧迫。

为系统揭示南极冰基冰川-永久冻土系统中真菌的多样性规律，由意大利佩鲁贾大学（University of Perugia）领衔的研究团队在《Applied Soil Ecology》发表了最新成果。研究人员从南极布尔德克莱冰川（Boulder Clay Glacier）钻取长达15.6米的冰芯与冻土样本，按冰川学特征划分为6个单元（U1-U6），涵盖表层雪冰、深层老冰、盐卤过渡层（brine slush）及距今约3.2万年的古老冻土（U6）。通过整合化学分析（离子色谱、总有机碳/氮分析）、真菌分离培养（Rose Bengal Agar培养基）和高通量测序（ITS2区域扩增子测序）技术，结合多样性指数（Alpha、Beta多样性）、LEfSe差异分析和环境因子拟合（Envfit）等生物信息学方法，首次系统解析了冰川-冻土连续体中真菌群落的分布特征及其环境驱动机制。

研究结果揭示了一个高度特异化的真菌世界。在全部337个真菌OTUs中，酵母型真菌（yeast life forms）在多数层位占据主导地位，尤其在冻土层（U6）中，子囊菌门（Ascomycota）的相对丰度显著升高。通过β-多样性分析发现，冰川冰（U1-U3）与永久冻土（U6）的真菌群落结构存在显著分化（P < 0.05），而盐卤层（U4）则呈现过渡特征。令人瞩目的是，在冻土层中，Meyerozyma和Taphrina两个属的真菌占据绝对优势，其OTUs占比分别高达28.9%和15.6%。进一步通过共现网络分析发现，这两个属之间存在显著的正相关关系（强度0.96），暗示它们可能通过协同作用共同适应极端环境。

环境驱动因子分析表明，冻土真菌群落结构与多种化学参数密切关联。电导率（EC）、Ca²⁺、Cl^?、K⁺、Mg²⁺、Na⁺、NO₃^?、SO₄^2?和总氮（TN）是影响群落构建的关键因子。Mantel检验进一步证实，Meyerozyma和Taphrina的丰度与上述多数离子浓度呈强正相关（如Meyerozyma与EC的r = 0.69, P = 0.001）。功能预测（FunGuild）显示，腐生营养（saprotroph）和混合营养（pathotroph-saprotroph-symbiotroph）模式在真菌群落中占主导，说明这些真菌主要通过分解有机质和多种营养策略维持生存。

讨论部分指出，该研究首次证实南极冰基冰川下伏永久冻土是真菌（尤其是酵母类群）的"生态避难所"。Meyerozyma和Taphrina的显著共现现象，可能反映其通过形成互惠网络（如营养互补或抗逆协作）在极端条件下维持长期存活。考虑到冻土层（U6）年龄已达3.2万年，且上覆冰基冰川的非侵蚀性为原始微生物群落提供了天然保护层，这些真菌很可能代表了自埋藏以来得以保存的"遗存微生物群落"。尽管环境严酷，但微生物在亚零度条件下仍可能维持微弱代谢活动，这一观点已被近年多项研究支持。

该研究的科学意义在于：一方面，揭示了南极深层冻土作为古老真菌资源库的生态价值，为生命极限生存机制研究提供了新模式系统；另一方面，明确了盐分离子与氮元素对极端环境真菌群落构建的关键调控作用，为预测全球变暖背景下冻土融化后微生物介导的碳氮循环变化提供了理论基础。此外，Meyerozyma与Taphrina等嗜冷/耐盐真菌的生态适应性策略，也为开发新型低温酶制剂及环境修复技术提供了宝贵资源。