近日，水土保持与荒漠化整治全国重点实验室肖波研究员团队在生物学领域著名期刊Current Biology（当代生物学）上，以“The Great Wall of China harbors a diverse and protective biocrust microbiome（长城遗址维持着多样化且具有保护作用的生物结皮微生物群落）”为题发表论文，揭示了生物结皮对长城遗址微生物群落的影响及其关键机制。中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心2022级博士研究生曹尤淞为论文第一作者，中国科学院“西部之光”西部引进人才项目入选者肖波研究员为通讯作者。
长城是中华民族的文化象征与文化遗产，现存遗址主要分布于北方干旱、半干旱地区，且以夯土结构为主。这些区域自然条件严酷，极端干旱、辐射强烈、温度波动剧烈、侵蚀严重等，夯土表层栖息的微生物可能通过物理、化学作用，导致剥落、腐蚀、降解及变色等现象。生物结皮作为干旱和半干旱地区广泛存在的活性地被物，能覆盖裸露地表、调控土壤性质，在长城夯土基质上广泛发育，但此前其对夯土微生物群落的影响及作用机制尚未明确，仅证实具有抗侵蚀、减少风水侵蚀的作用。
基于此，该研究在明长城遗址沿线开展了横跨600km的大尺度调查采样，涵盖了宁夏、陕西、山西、内蒙古4省区的6段典型明长城遗址（图1）。通过扩增子测序、宏基因组测序及生物信息学分析，研究了夯土微生物群落的物种组成、多样性及代谢功能。
图1 明长城和采样点分布以及长城表面发育的生物结皮
研究结果表明：与无生物结皮的夯土相比，生物结皮覆盖改变了夯土中细菌和真菌群落的基本结构、生境偏好及核心物种，使细菌和真菌群落的丰度、多样性以及互作网络复杂度提高了12%–62%（图2）；同时，生物结皮覆盖夯土中微生物群落的总体功能基因丰度和抗逆性代谢通路丰度提高了4%–15%，一些与微生物退化/劣化过程有关的代谢通路丰度则有所降低（图3和图4）。生物结皮对微生物群落的影响主要归因于其对夯土水、热以及养分条件的调控作用，而气候条件（干旱程度）是另外一个重要因素。该研究描绘了长城微生物群落的全貌，明确了生物结皮在主导微生物群落方面的关键作用，为长城及全球干旱区土遗址的保护与修复提供了重要参考。
图2 生物结皮对夯土微生物群落结构及多样性的影响
图3 生物结皮对夯土微生物群落总体功能潜力的影响
图4 生物结皮对夯土微生物群落关键代谢通路的影响
该研究得到中国科学院“西部之光”西部引进人才计划（No. 2019）、国家自然科学基金（No. 42477359）、中国—中亚人类与环境“一带一路”联合实验室/文化遗产研究与保护技术教育部重点实验室青年开放课题（No. 2024KGFR10）的资助。南京林业大学冯有智教授、美国北亚利桑那大学Matthew A. Bowker教授、西班牙塞维利亚自然资源与农业生物研究所Manuel Delgado-Baquerizo研究员参与研究并为论文共同作者。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.10.087
编辑：王容娜
终审：李小梅
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