病毒是地球上最豐富的生物實(shí)體，侵染原核微生物的病毒被稱為噬菌體。已有研究表明，在海洋等水體環(huán)境中，病毒在調(diào)控微生物死亡、微生物群落組成、碳和養(yǎng)分循環(huán)等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，然而目前對(duì)土壤病毒生態(tài)功能的認(rèn)識(shí)還十分缺乏。一方面，噬菌體可以殺死細(xì)菌從而抑制土壤有機(jī)質(zhì)的礦化；另一方面，噬菌體裂解細(xì)胞促進(jìn)胞內(nèi)物質(zhì)（如可溶性有機(jī)物）釋放到土壤中，從而促進(jìn)土壤有機(jī)碳的礦化。但是二者之間的權(quán)衡如何影響土壤有機(jī)質(zhì)的礦化目前還不清楚。
中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員團(tuán)隊(duì)向滅菌土壤中加入稀釋不同梯度的未滅菌土壤懸濁液進(jìn)行微宇宙培養(yǎng)試驗(yàn)，利用qPCR檢測(cè)總細(xì)菌豐度和活性細(xì)菌豐度（疊氮溴化丙錠預(yù)處理去除非活菌DNA），利用g23標(biāo)記基因豐度指示T4型噬菌體豐度，最終闡明T4型噬菌體與土壤有機(jī)碳礦化之間的關(guān)系。結(jié)果表明，g23基因豐度與總細(xì)菌16SrRNA基因豐度和活性細(xì)菌16SrRNA基因豐度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，總g23基因豐度降低了活細(xì)菌16SrRNA基因比率（圖1）。這些結(jié)果表明，T4型噬菌體可以殺死土壤細(xì)菌，從而降低活性細(xì)菌的豐度，調(diào)控細(xì)菌的種群大小。
g23基因豐度與CO2礦化速率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。同樣地，隨著g23基因豐度：活細(xì)菌16SrRNA基因豐度比例的增加，CO2礦化速率降低，且強(qiáng)于g23基因豐度：總16SrRNA基因豐度（圖2）。這些結(jié)果表明，T4型噬菌體可以殺死土壤細(xì)菌，從而降低土壤有機(jī)碳的礦化。
因此，土壤有機(jī)碳礦化受細(xì)菌群落大小的調(diào)控，較高的細(xì)菌豐度促進(jìn)CO2的釋放，而細(xì)菌種群大小受噬菌體“自上而下”的調(diào)控，噬菌體通過(guò)殺死細(xì)菌，降低土壤有機(jī)碳礦化（圖3）。該研究以T4-like Phages Reveal the Potential Role of Viruses in Soil Organic Matter Mineralization為題發(fā)表在Environmental Science & Technology上。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、湖南省自然基金創(chuàng)新群體、中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目支持。
圖1 g23豐度與細(xì)菌豐度之間的關(guān)系
圖2 土壤有機(jī)碳礦化與g23 基因豐度之間的關(guān)系
圖3 T4 型噬菌體影響土壤有機(jī)碳礦化的概念圖