病毒是地球上最豐富的生物實體，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)揮關鍵作用，然而目前對土壤病毒生態(tài)功能的認識還十分缺乏。一方面，噬菌體可以殺死細菌從而抑制土壤有機質的礦化；另一方面，噬菌體裂解細胞促進胞內物質（如可溶性有機物）釋放到土壤中，從而促進土壤有機碳的礦化。但是二者之間的權衡如何影響土壤有機質的礦化目前還不清楚。
中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員團隊向滅菌土壤中加入稀釋不同梯度的未滅菌土壤懸濁液進行微宇宙培養(yǎng)試驗，利用qPCR檢測總細菌豐度和活性細菌豐度（疊氮溴化丙錠預處理去除非活菌DNA），利用g23標記基因豐度指示T4型噬菌體豐度，最終闡明T4型噬菌體與土壤有機碳礦化之間的關系。結果表明，g23基因豐度與總細菌16SrRNA基因豐度和活性細菌16SrRNA基因豐度之間存在顯著的負相關關系，總g23基因豐度降低了活細菌16SrRNA基因比率（圖1）。這些結果表明，T4型噬菌體可以殺死土壤細菌，從而降低活性細菌的豐度，調控細菌的種群大小。
g23基因豐度與CO2礦化速率呈負相關關系。同樣地，隨著g23基因豐度：活細菌16SrRNA基因豐度比例的增加，CO2礦化速率降低，且強于g23基因豐度：總16SrRNA基因豐度（圖2）。這些結果表明，T4型噬菌體可以殺死土壤細菌，從而降低土壤有機碳的礦化。
因此，土壤有機碳礦化受細菌群落大小的調控，較高的細菌豐度促進CO2的釋放，而細菌種群大小受噬菌體“自上而下”的調控，噬菌體通過殺死細菌，降低土壤有機碳礦化（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。該研究得到了國家自然科學基金、湖南省自然基金創(chuàng)新群體、中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所青年創(chuàng)新團隊等項目支持。
圖1 g23豐度與細菌豐度之間的關系
圖2 土壤有機碳礦化與g23 基因豐度之間的關系
圖3 T4 型噬菌體影響土壤有機碳礦化的概念圖