噬菌体与细菌相互作用提升土壤多功能性，为农业可持续发展带来新契机

近日，南京农业大学土壤生态实验室的研究成果揭示了噬菌体与细菌相互作用对土壤多功能性的重要影响，相关研究发表于《Environmental Microbiology》。这一发现为改善土壤功能和生态服务提供了新思路，有望推动农业土壤的可持续发展。

在土壤生态系统中，噬菌体作为地球上数量最为丰富的生物实体，与细菌的相互作用对微生物群落的组成和功能起着关键作用。噬菌体通过裂解和溶原等方式感染细菌，不仅调控细菌群落的数量和结构，还能影响生物地球化学循环。而有机肥料，如牛粪堆肥和蚯蚓粪堆肥，在增加土壤养分和有机碳含量的同时，也会改变土壤微生物群落的多样性。但噬菌体在土壤整体生态功能（多功能性）中的具体作用，此前却并不明确。

研究人员采集了来自江苏南京实验田的土壤样本，包括未施肥的对照土壤、施加牛粪堆肥和蚯蚓粪堆肥的土壤。通过宏基因组测序和病毒组测序，分析了细菌和噬菌体群落的多样性、功能基因以及噬菌体携带的辅助代谢基因（AMGs）。研究发现，施加牛粪堆肥和蚯蚓粪堆肥均能显著提升土壤的多功能性，其中蚯蚓粪堆肥的效果更为显著。这一变化伴随着细菌和噬菌体群落组成及多样性的改变，以及与碳、氮、磷、硫代谢相关的功能基因和AMGs的富集。

图1 不同堆肥方式下细菌群落分布

进一步的相关性分析和结构方程模型表明，细菌多样性对土壤多功能性的影响最为显著，其通过增强养分供应和资源分配来提升土壤功能。而噬菌体多样性和携带的AMGs也与土壤多功能性呈正相关，它们通过与细菌的相互作用，间接促进土壤多功能性。例如，噬菌体携带的与碳代谢相关的AMGs，如gpmB和katE，能够参与宿主细菌的代谢过程，从而影响土壤生态功能。

这一研究成果对于农业生产具有重要意义。在有机肥料的选择和使用上，蚯蚓粪堆肥因其能更有效地提升土壤微生物多样性和多功能性，或成为更优选择。同时，通过人为调控噬菌体群落，有望改善土壤的养分循环和生态功能，减少化肥的使用，推动农业的可持续发展。 随着对土壤噬菌体研究的深入，未来将为土壤健康管理和生态农业发展提供更多创新策略，助力实现农业的绿色转型。

参考文献：

Wu S, Zhang W, Wang D, Balcazar JL, Wang G, Ye M, Chao H, Sun M, Hu F. Bacteriophage-Bacteria Interactions Promote Ecological Multifunctionality in Compost-Applied Soils. Environ Microbiol. 2025 Mar;27(3):e70074. doi: 10.1111/1462-2920.70074. PMID: 40109201.