全球气候变化加剧了土壤盐渍化的严峻态势，约10亿公顷土地受此威胁，而沙漠中烈日炙烤下的土壤含盐量最高可达普通海水的1.3倍，成为生命难以立足的极端环境。但沙漠的“皮肤”生物土壤结皮却能在此顽强生长，其中的优势类群荒漠蓝藻，更是我国西北生态修复的“主力军”，让荒漠化土地重焕生机。荒漠蓝藻究竟藏着怎样的耐盐“生存秘籍”？近日，兰州大学与安徽医科大学联合科研团队首次从基因组层面揭开了这一谜底。相关论文发表于《细胞报告》。

叶彤在观察藻的生长状态。兰州大学供图。

被低估的“沙漠特种兵”，竟有超高耐盐本领

让兰州大学生态学院博士后、论文第一作者叶彤下定决心深入研究荒漠蓝藻耐盐机制的，是一次打破常规的实验。长期以来，学术界将沙漠归为低盐生境，默认荒漠蓝藻为不耐盐类群，相关研究多聚焦于海洋、盐湖蓝藻这些耐盐“科班出身”的物种。

此次研究的核心样本，是从腾格里沙漠采集的一株优势蓝藻，是沙漠中名副其实的“拓荒先锋”。“它属于念珠藻属，是最先在土壤表面定殖形成结皮的类群之一，既能固碳又能固氮，而且不仅耐盐，在超低温、极度干旱、强辐射等极端环境下暴露数小时，恢复正常条件后依然能活蹦乱跳。”叶彤介绍道。

但她观察到，沙漠降水稀少、蒸发强烈，土壤盐分无法淋溶会持续积累，实际盐浓度并不低。“我先在0.1-0.3M盐浓度做实验，蓝藻只受了点皮外伤，就像我踹了它一脚，它回头瞥了我一眼：‘就这？’”叶彤笑着回忆，随后她将盐浓度提升至远超海水的0.75M，蓝藻沉寂数日后竟奇迹般复活，这一发现彻底颠覆了她的认知，也让研究团队坚定了深入探究其耐盐机制的决心，“我们就是要看看，这个被大部分文献低估的‘沙漠特种兵’，耐盐本领到底和海洋蓝藻有什么不一样。”

藻细胞倒置荧光显微镜图像。兰州大学供图。

荒漠特有“三板斧”+跨生境“通用工具箱”

经过深入研究，团队发现荒漠蓝藻的耐盐能力，源于一套独有的“独门绝技”，还拥有与其他生境耐盐生物共享的“通用本领”，这双重秘籍让它能在高盐沙漠中站稳脚跟。叶彤表示，荒漠蓝藻的独门绝技，堪称专为沙漠高盐环境量身打造的“三板斧”，每一招都精准破解了极端环境的生存难题。

第一板斧，是给光合系统装上“备用轮胎”。光合作用是蓝藻储存能量的关键，而高盐环境会严重破坏光合系统 Ⅱ 中的 D1 蛋白。研究发现，这株蓝藻中负责生产 D1 蛋白的 psbA 基因发生显著扩张，且 5 个拷贝的关键位点发生了 “H359N” 突变。“基因突变本身是随机的，但进化会筛选并保留有利突变，这个突变能让 D1 蛋白的‘维修’效率大大提高。” 叶彤解释，就像给汽车准备了多个备胎，爆胎后能立刻更换，确保光合系统在高盐环境下持续运转，这也是蓝藻能在极端环境中维持能量供应的核心关键。

第二板斧，是构建“环境感知雷达网”。沙漠环境瞬息万变，白天盐分飙升、夜晚相对温和，蓝藻需要敏锐感知环境变化并及时应对。研究发现，该蓝藻大幅扩展了 rcp1 基因家族，这是感知黎明光信号的关键基因，且扩张程度远超其他蓝藻，这也是荒漠蓝藻独有的特征。“在盐胁迫下，这些‘雷达’基因会被大量激活，协助蓝藻精准感知昼夜交替带来的盐分波动，第一时间启动应对机制，相当于给蓝藻装了一套灵敏的环境监测系统。” 叶彤说。

第三板斧，则是多通路协同作战的“抗逆组合拳”。盐胁迫初期，蓝藻的光合作用和能量代谢会被抑制，活性氧大量积累，此时硫代谢通路会率先被激活，一方面提供谷胱甘肽清除活性氧、修复 DNA，另一方面支持铁硫簇合成；铁硫簇再与其他物质协同作用，增强光系统 Ⅰ 的循环电子流，为光系统 Ⅱ 的修复供能。

“简单来说，硫代谢负责‘清障’，电子传递链负责‘供能’，两者配合让受损的光合系统快速恢复。”叶彤介绍，研究还发现γ-谷氨酰半胱氨酸、组氨酸等13种氨基酸在盐胁迫下会显著积累，形成庞大的“抗逆代谢库”，这些氨基酸并非单打独斗，而是相互调控、团队作战，进一步提升蓝藻的耐盐能力。

为验证其功能，团队选择大肠杆菌开展跨物种实验，“因为大肠杆菌和蓝藻都是原核生物，底层机制相通，能更准确验证基因本身的耐盐功能。”叶彤说。

实验结果令人振奋：在大肠杆菌中敲除这四个基因的同源物，菌株在1 M 盐胁迫下生长严重受阻，其中 uspA 敲除株受影响最显著；回补这些基因后，菌株生长能力恢复，过表达株的耐盐能力甚至远超野生型。

“这说明这四个基因的功能在不同物种间是保守的，都是耐盐的关键基因。” 叶彤表示，此次研究首次揭示了它们在原核生物耐盐中的核心作用，为后续基因工程改造提供了全新的靶点。其中 uspA 基因的功能更是广泛，不仅能抗盐，还能应对紫外辐射、营养匮乏等多种胁迫，团队推测它可能通过调控蛋白质磷酸化促进甜菜碱合成，而甜菜碱正是渗透压调节的 “高手”。

从基础研究到应用落地，微小蓝藻撬动生态大文章

此次研究首次从基因组层面揭开荒漠蓝藻的耐盐之谜，为盐碱地治理、生态修复等领域提供了全新的思路。叶彤表示，研究的终极目标，是让基础研究的成果走出实验室，真正应用到实际的生态修复和生产生活中。

在荒漠修复领域，人工蓝藻结皮技术早已在我国西北多地落地见效。“刘永定老先生1999年就建立了系统的荒漠蓝藻治沙技术流程，我们团队与西北院合作，在腾格里、库布齐等沙漠推广应用，20多年来已染绿近6万亩地，库布齐沙漠达拉特旗项目区的林草覆盖率更是从不足15%提升至80%以上。”

叶彤介绍，接下来团队计划通过基因工程手段，将此次发现的耐盐优势基因在治沙蓝藻中过表达，培育更“耐造”的蓝藻品种，“先在实验室验证效果，再到小型示范田实地检验，争取做出实用的新型治沙产品，让蓝藻在更高盐的盐碱化土地上发挥作用。”

叶彤表示，在农业领域，carB 基因编码的 CPSⅡ 基因是蓝藻和植物独有的，其耐盐功能的发现，也为小麦、玉米等农作物的耐盐改良提供了新的靶点，未来若能成功应用，有望让盐碱地也能种出粮食，盘活全球大量盐碱化农田，为保障粮食安全贡献力量。

“连一株小小的蓝藻都能在沙漠的高盐环境中努力活着，它的生存智慧值得我们不断探索。”叶彤表示，团队还计划通过短视频、科普文章等形式，让更多人了解荒漠蓝藻的价值，让这份“冷门”研究被更多人关注和支持。未来，随着研究的不断深入，这些藏在沙漠中的“小小生命”，必将在盐碱地治理、生态修复的道路上，绽放出更大的光彩。

相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.116988