微生物暗固碳(dark carbon fixation, DCF)是化能自养或异养微生物在无光条件下将无机碳转化为有机碳的关键生物地球化学过程。近年来研究表明，这一过程在全球碳循环中的贡献长期被低估，尤其在深层水体、沉积物、土壤和热泉等极端环境中具有不可忽视的生态重要性。本文系统综述了微生物暗固碳研究的最新进展，重点梳理了主要固碳代谢途径、功能微生物类群及不同生境中的固碳速率特征。综合分析已发表数据发现，不同生境中微生物暗固碳速率差异显著。其中，海洋深水层暗固碳速率最高，约为2.14×10⁴ µmol C/(m²·d)；其次是北方湖泊，最高可达1.33×10⁴ µmol C/(m²·d)；此外，北方分层湖泊深水层暗固碳对总初级生产力的贡献可达81.4%；高温热泉环境下暗固碳可占总固碳量的80%-100%。从固碳途径来看，卡尔文循环是各生境中微生物暗固碳的最主要途径，广泛存在于湖泊、海洋、土壤、热泉等生境中。同时，不同生境会结合自身环境特点，辅以还原乙酰辅酶A途径、还原型三羧酸循环(reductive tricarboxylic acid cycle, rTCA)途径等其他代谢途径实现高效固碳。温度、pH、盐度、氧气浓度、营养条件及深度是调控微生物暗固碳速率的关键环境因子，它们通过影响暗固碳微生物的群落结构、代谢途径选择及酶活性共同决定不同生境中暗固碳过程的效率与贡献占比。最后，本综述还探讨了当前研究的局限性，包括量化方法的不确定性、对环境响应机制认识不足等，并提出了未来研究的重点方向。这些进展将为完善碳循环理论、评估气候变化影响以及开发基于微生物的碳封存技术提供重要科学依据。

目的 好氧甲基营养菌在缺氧环境中的生存机制是当前微生物生态学的研究热点。本研究旨在探究好氧甲基营养菌——嗜甲基菌属(Methylophilus)菌株在缺氧条件下利用不溶性铁矿物(水铁矿)进行胞外电子转移(extracellular electron transfer, EET)的机制，阐明外源与内源电子穿梭体在该过程中的协同作用。 方法 以分离自抚仙湖沉积物的好氧甲基营养菌Methylophilus sp. 14为研究对象，在缺氧条件(初始O₂为2%)下开展以甲醇为碳源、水铁矿为唯一终端电子受体的培养实验。通过铁还原动力学测定、电化学分析(差分脉冲伏安法、循环伏安法)及显微表征(扫描/透射电子显微镜)系统评估其铁呼吸能力，并探究外源穿梭体[腐殖质(humic substances, HS)、蒽醌-2,6-二磺酸(anthraquinone-2,6-disulfonate, AQDS)]与内源黄素(类)物质在电子传递中的功能。 结果 Methylophilus sp. 14能够耦合甲醇氧化与水铁矿还原，在20 d内将Fe(II)浓度从0.49 μmol/L提升至8.29 μmol/L，并促使部分水铁矿转化为磁铁矿。外源添加腐殖质或AQDS可使Fe(II)产量进一步提高至10.73 μmol/L和11.22 μmol/L，电子转移效率提升约1.5倍。电化学分析表明菌体还原电位低于水铁矿，支持电子自发传递；可溶性AQDS可形成“导电微环境”加速电子传递。研究发现，该菌可合成并分泌黄素(类)物质，其浓度与EET速率显著正相关(r=0.94，P<0.001)，且外源穿梭体能刺激总黄素分泌量增加30%-50%。黄素化合物作为关键“电子桥梁”，介导电子从胞内向外源穿梭体传递，形成协同电子链。 结论 本研究揭示了一种好氧甲基营养菌适应缺氧环境的新颖EET策略：外源电子穿梭体通过构建胞外导电微环境并刺激黄素(类)物质的分泌，形成内外源协同的电子传递机制，从而高效驱动固态铁矿物的还原。该发现深化了对好氧微生物代谢灵活性及其在氧化-缺氧界面生态功能的理解。

目的 滨海湿地是重要的氧化亚氮排放源，反硝化功能基因nirS和nirK的分布直接影响其排放潜力。植被类型可通过改变土壤理化环境和碳氮有效性显著调控反硝化功能基因丰度，但其作用机制尚待明确。 方法 以闽江口的红树林、互花米草、短叶茳芏、芦苇4种典型植被湿地及裸露光滩为研究对象，按0-10、10-20、20-30 cm分层采集土壤样品，采用荧光定量PCR技术测定nirS和nirK基因丰度，利用随机森林模型和相关性分析解析nirS和nirK基因的主要驱动因子。 结果 4种植被覆盖区土壤nirS和nirK基因丰度均显著高于裸露光滩，其中芦苇表层土壤nirS和nirK基因丰度最高；随着土层加深，nirS和nirK丰度显著下降，呈现出明显的“表聚效应”。各土壤中nirS/nirK比值均大于5，表明nirS型反硝化菌占优势。红树林表层土壤nirS/nirK比值最高，可能是由于其可溶性有机碳(dissolved organic carbon, DOC)含量较低对nirK型菌形成限制。随机森林分析显示，土壤电导率是nirS和nirK丰度的最主要驱动因子，而速效磷主导nirS/nirK比值变化。高盐环境有助于富集nirS和nirK基因，而高速效磷含量有利于提高nirS/nirK比值。 结论 植被类型与土层深度通过调控土壤盐分、DOC、养分含量等理化条件共同塑造了闽江口湿地亚硝酸盐还原基因的分布格局，为湿地氮循环管理和调控提供科学依据。

铁还原菌通过异化铁还原调控铁的价态变化，触发羟基自由基(•OH)生成，该过程被认为是有氧-缺氧交替环境(如潮间带沉积物)中活性氧基团的重要来源，对地球化学元素循环具有重要贡献。然而，针对普遍存在且紧密分布于细胞-矿物界面的胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)在其中的作用仍缺乏系统认识。 目的 基于脱色希瓦氏菌及其分泌的EPS，探究在厌氧-有氧过程中EPS对•OH生成过程的影响机制。 方法 以脱色希瓦氏菌(Shewanelladecolorationis) S12及其胞外电子传递缺陷突变株(S12ΔBA和S12ΔccmA)、提取的EPS和水铁矿为研究对象，采用多种化学手段解析EPS的理化性质以及其对脱色希瓦氏菌产•OH过程的影响。 结果 尽管EPS具有一定的氧化还原活性，可介导脱色希瓦氏菌的胞外电子传递，但其在有氧-缺氧环境下对铁还原效率与•OH生成速率存在宏观上的抑制作用，其效率分别降低(56.63±4.67)%和(26.86±5.30)%，这主要是因为EPS对铁矿物具有强亲和性，使两者形成EPS-Fe(Ⅲ)复合体，降低了胞外电子传递效率。此外，EPS在脱色希瓦氏菌产•OH过程中可促进水铁矿向生物可利用性较低的矿物形态转化，从而降低Fe(Ⅲ)的可还原性，抑制•OH的生成。 结论 EPS作为微生物-铁矿界面的重要化学介质，是调控铁还原菌等微生物产生•OH的关键因子。本研究结论对深入认识潮间带沉积物等感潮水土环境中的生物地球化学过程具有重要意义。

深海涵盖冷泉、热液、海山和深渊等多种生态系统，其极端环境孕育了丰富且独特的微生物群落。其中，病毒作为数量最为庞大的生物实体之一，在基因组、功能蛋白及进化分支等方面具有高度新颖性，在调控微生物群落结构、驱动生物地球化学循环以及促进遗传物质水平转移等方面发挥着关键作用。近年来，随着深海采样技术、高通量测序、多组学方法以及人工智能算法的快速发展，大量未培养的深海病毒基因组得到鉴定，揭示出潜在的病毒“暗物质”，进一步拓展了人们对深海病毒多样性、生态功能和环境适应策略的认知。深海病毒能够通过裂解、溶原和慢性感染等方式参与深海生态过程。在长期适应极端环境以及病毒-宿主协同进化过程中，深海病毒积累了多种功能基因和酶类，形成了具有潜在应用价值的遗传资源库。本文系统综述了近年来深海病毒在丰度与分布、多样性、生态功能及遗传资源开发等方面的研究进展，重点探讨了当前研究面临的主要挑战与发展趋势，旨在为深入理解深海微生物生态过程以及深海生物遗传资源的可持续开发提供理论参考。

煤矸石露天堆放严重破坏了土壤结构，损害了区域生态系统健康。添加硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria, SRB)是控制煤矸石酸性污染的有效手段，SRB可还原硫酸根并固定重金属，但其在煤矸石堆中的修复效果及沿深度梯度的生态响应规律尚不明确。 目的 阐明SRB修复对煤矸石堆的整体改良效应，揭示修复过程中土壤理化性质、微生物群落结构与功能沿垂直剖面的分异规律及驱动机制。 方法 以陕西省榆林市某典型露天煤矿的煤矸石堆为研究对象，设置SRB修复煤矸石堆(处理组)和未修复煤矸石堆(对照组)。对照组采集0-20 cm混合样，代表本底状态；处理组按0-5 cm浅层区(shallow layer, SL)、5-10 cm中层区(middle layer, ML)、10-20 cm深层区(deep layer, DL)分层取样。通过测定土壤理化指标、16S rRNA基因高通量测序和PICRUSt2功能预测，比较组间差异及处理组内部的垂直梯度变化。 结果 与对照组相比，SRB修复显著提升了煤矸石堆土壤的整体pH值、电导率(electrical conductivity, EC)和有机质(soil organic matter, SOM)含量，显著提高了细菌群落的α多样性，改变了群落结构。在处理堆体内部，随着深度增加，pH、EC和SOM逐渐升高，速效钾(available potassium, AK)呈先升后降趋势。细菌优势菌门的相对丰度随深度发生显著变化；共现网络的复杂度(节点数、边数、平均度)也随深度增加。土壤pH和EC是驱动群落结构变异的关键环境因子。功能预测表明，深层土壤中与碳固定、氮循环和硫循环相关的功能基因丰度显著高于浅层和中层。 结论 SRB生物修复不仅在整体上改善了煤矸石堆土壤环境与微生物群落，还在堆体内部形成了沿深度梯度的环境与微生物功能分异格局，为煤矸石堆长期稳定修复及微生物过程调控提供了重要理论依据。

土壤退化严重制约农业可持续发展。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)作为关键的根际共生真菌，在促进寄主植物生长和菌群重塑等方面发挥重要作用。 目的 阐明在贫瘠土壤条件下，接种AMF对烟草生长及其根系内生细菌群落结构、互作网络与代谢功能的调节作用，为利用AMF优化植物-微生物互作、提升作物对贫瘠生境的适应能力提供理论支撑。 方法 通过盆栽试验，结合Illumina MiSeq高通量测序，运用微生物共现网络分析、功能预测及结构方程模型(structural equation modeling, SEM)进行系统解析。 结果 接种AMF后，烟草地上部鲜重、根鲜重、株高和根长分别增加118.4%、157.6%、78.6%和73.4%。虽然接种显著降低了群落的物种丰富度与多样性，但通过富集γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)等类群重塑了群落结构，构建了更为紧密且以正向互作为主的共现网络；其中类固醇杆菌属(Steroidobacter) ASV149被鉴定为核心关键类群。功能预测显示，接种AMF显著提升了细胞生长与死亡、异种生物降解与代谢、氨基酸代谢及脂质代谢等关键通路；结构方程模型进一步证实细菌多样性和丰富度是驱动网络结构的主要因素。 结论 在贫瘠土壤中，AMF不仅直接促进烟草生长，更能通过重塑群落结构提升根部微生态稳定性，从而增强烟草在贫瘠土壤中的适应能力。本研究从“植物-AMF-内生细菌”三元互作的视角深化了对微生物协同增强植物环境适应性的理解。

目的 解析小柴旦盐湖微生物群落的组成、多样性、功能代谢特征及其与环境因子的关联性，评估该群落的生态功能及潜在的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)储存库风险。 方法 采集湖水泥混合物样本，基于宏基因组测序技术，结合non-redundant protein database (NR)、clusters of orthologous groups of proteins (COG)、kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG)、carbohydrate-active enzymes database (CAZy)、comprehensive antibiotic resistance database (CARD)等数据库，对微生物物种组成、功能基因、代谢通路及抗生素抗性进行注释分析；利用基于Hellinger转化的主成分分析(transformation-based principal component analysis, tb-PCA)探究微生物群落与环境因子的关系。 结果 该盐湖微生物多样性较高(Shannon指数5.620-6.112)，共鉴定出16 850个物种。细菌(相对丰度91.89%)以假单胞菌门(57.22%)和拟杆菌门(14.64%)为优势菌门；古菌(3.77%)以广古菌门(92.64%)为绝对优势类群。病毒与真核群落分别由长尾噬菌体科与腐生性卵菌主导。环境因子关联分析表明，细菌群落分布主要受Cl^-驱动，而古菌群落则受Na⁺、Cl^-和SO₄^2-共同驱动。功能注释显示，氨基酸与碳水化合物代谢最为活跃，糖基转移酶和糖苷水解酶基因丰度最高。同时，检出多种抗生素抗性基因，其中以外排泵机制(如novA基因)为主。 结论 小柴旦盐湖形成了结构复杂、功能协同的微生物生态系统，局部离子浓度差异是驱动细菌与古菌生态位分化的核心因素。为适应极端环境，微生物演化出保守渗透调节与灵活碳代谢相结合的生存策略。该生境中存在大量以主动外排泵为主的抗性基因，提示高盐环境可能作为ARGs的天然储存库，具有潜在的生态扩散风险。

目的 针对超富集植物修复镉污染土壤效率偏低这一技术瓶颈，筛选能够高效活化土壤镉的微生物菌株。 方法 采集湖南省各地存在镉污染风险的耕地土壤，采用以溴甲酚紫为指示剂的变色圈法初筛产酸细菌，比较各菌株发酵液的pH值、氯化镉耐受性及碳酸镉活化效果，获得优势菌株并进行菌种鉴定。在此基础上，进一步筛选出具有应用潜力的菌株，通过摇瓶试验研究不同碳氮源处理下该菌株对土壤镉的解吸效果，并利用盆钵培养试验分析不同营养条件下其对土壤镉的活化作用。 结果 采用溴甲酚紫变色圈法获得了372株产酸细菌，通过研究不同产酸细菌的平板变色圈直径(D)与菌落直径(d)的比值(D/d)、发酵液pH、氯化镉耐受性及碳酸镉活化试验，筛选出HT-B1、HTQ-B1、QBS-B2、MY-B1等4株优异菌株，经分子生物学鉴定分别为表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)、人葡萄球菌(Staphylococcus hominis)、巨大普里斯特氏菌(Priestia megaterium)、不动杆菌(Acinetobacter sp.)。依据微生物肥料安全标准优选出菌株QBS-B2，其发酵液pH最低可达3.65，对碳酸镉的活化率为92.27%。以葡萄糖为碳源、氯化铵为氮源有利于提高菌株QBS-B2对土壤镉的解吸效果，镉浓度可达170.77 μg/L，比CK提高了66.5倍，对土壤镉的解吸率为46.21%。菌株QBS-B2 能显著提高土壤有效镉和有效磷含量，其中配施复合肥可提高菌株QBS-B2对土壤镉的活化效果，土壤镉活化率为17.37%，而配施有机肥则显著促进菌株在土壤中的定殖与生长，使土壤有效磷含量提高5.9倍。 结论 本研究为开发以菌株P. megaterium QBS-B2为核心的活镉微生物菌剂和生物有机肥提供了优异的菌种资源，为生物强化超富集植物移除修复镉污染土壤提供了理论基础和应用潜力。

目的 揭示天然林转换为其他土地利用类型后0-20 cm表土微生物群落及碳循环功能的演变规律，对于明确土壤微生物固碳和保育土壤健康至关重要。 方法 选取南洞庭湖区的天然林及其转换形成的人工林、水田和草地作为研究对象，采用宏基因组学技术系统分析0-20 cm表土微生物群落组成与碳循环功能基因的变化情况，并识别其关键驱动因子。 结果 天然林转为人工林、水田和草地后，土壤细菌多样性降低12%-24%；人工林和水田土壤真菌多样性也分别比天然林低65%和76%；天然林转换改变了土壤细菌和真菌群落组成。土壤有效磷含量和pH值是影响土壤细菌多样性的主要因子，而土壤真菌多样性和群落组成主要受土壤有效态铁含量的影响。天然林转为人工林、水田和草地后，碳固定基因ACAT/atoB和tktA/tktB的相对丰度降低10%-45%；草地中ACO/acnA、korA/oorA/oforA和mcmA1基因的相对丰度比天然林高25%-32%，水田土壤中ppdK和korA/oorA/oforA基因的相对丰度也比天然林高13%-40%。与天然林相比，水田和草地中碳降解基因bglX和amyA的相对丰度低39%-43%；而转换后的土地利用方式abfA和nplT基因的相对丰度高77%-293%。 结论 土壤pH值和硝态氮含量是影响碳固定与降解功能基因相对丰度的关键环境因子。因此，可考虑科学管理土壤酸碱度和氮素水平以增强土壤微生物的固碳潜力。