病毒对土壤碳和养分的资源依赖性调控机制研究取得进展

土壤病毒对微生物生命活动和生物地球化学循环具有重要调控作用。然而，病毒在土壤生态系统中的功能并非固定不变，其生态效应受到土壤有机质和养分资源可利用性的调控。中国科学院南京土壤研究所张佳宝院士团队此前在Advanced Science (2025, 12: e06449) 发表研究成果，揭示了不同资源有效性下土壤病毒群落组成特征及其与有机碳积累的关联。此外，土壤微生物碳泵通过续埋和激发效应调控土壤碳循环过程。然而，土壤病毒参与的续埋-激发效应机制尚不清楚，其对微生物代谢、微生物残体积累和温室气体排放的影响是否随资源可利用性发生变化，一直缺乏直接证据。

针对上述科学问题，团队联合深圳大学高等研究院、美国俄克拉何马大学、美国太平洋西北国家实验室、德国哥廷根大学等国内外研究单位，结合华北平原长期施肥定位试验、全球数据和微宇宙实验，发现病毒对土壤碳和养分循环的调控具有资源依赖性。有机肥施用形成的资源丰富土壤富集了裂解病毒，并携带多种与元素循环相关的辅助病毒基因，这些基因可通过水平基因转移传递给细菌宿主。合成与转录表达实验证实，高养分水平培养，辅助病毒基因（如GT2）在大肠杆菌中具有更高的转录活性。病毒移植实验进一步揭示，病毒在资源丰富土壤中可提高微生物碳利用效率，加快微生物周转，使微生物残体碳增加14%；而在未施有机肥的资源贫乏土壤中，病毒帮助细菌适应环境，刺激了有机质分解，CO₂和N₂O排放分别增加41%和52%。基于以上结果，研究团队提出了“病毒续埋-激发效应”框架，系统阐明了病毒在资源丰富土壤中促进碳氮固持，在资源贫乏土壤中加速碳氮损失的关键过程。该框架弥补了传统“病毒分流”和“病毒穿梭”理论无法解释养分梯度下病毒双向功能的短板，完善了土壤微生物碳泵理论体系，为农田土壤生物地球化学循环提供了新视角。

上述成果发表在Global Change Biology期刊上，周桂香副研究员和博士研究生刘俊希为论文第一作者，张佳宝院士和梁玉婷研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、土壤与农业可持续发展全国重点实验室重大项目和小麦产业体系等项目资助。

论文链接：1，2

不同资源可利用性下土壤“病毒续埋-激发效应”模式图