重大发现！铜污染下噬菌体对沿海湿地氮循环影响获揭示

在生态系统的微观世界里，噬菌体与微生物的相互作用对生物地球化学循环有着深远影响。尤其是在沿海湿地，这个连接海洋与陆地的关键生态区域，氮循环对维持生态平衡至关重要。但长期以来，噬菌体对氮循环的影响一直缺乏直接实验证据，且环境因素（如铜污染）如何作用于这一过程也尚不明确。近期，北京大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究成果，填补了这一重要空白。

研究团队采集了不同红树林的沿海沉积物样本，构建了一系列模拟沿海湿地的微观实验系统（图 1：A 展示了微观实验设计，涵盖了不同来源的噬菌体接种以及铜污染和未污染的条件设置 ）。通过向系统中添加本地或非本地噬菌体，并设置铜污染和未污染两种情况，模拟海水入侵带来的噬菌体变化和现实中的铜污染问题。同时，运用宏基因组学和宏转录组学技术，全面分析微生物群落结构、功能基因以及噬菌体群落的动态变化。

实验结果显示，噬菌体对氮循环微生物群落结构的影响并不显著（图 1：B 和 D 通过 PCoA 分析表明，无论是添加本地还是非本地噬菌体，在铜污染和未污染处理中，对氮循环微生物群落结构的改变均不明显 ）。但深入研究发现，铜污染会共同选择微生物的铜抗性基因和病毒防御系统。在铜污染条件下，噬菌体引入显著增加了微生物中铜抗性基因（CuRG）和病毒防御系统基因（VDSG）的丰度，且二者呈显著正相关（图 2：A 和 B 分别展示了不同处理中 CuRG 和 VDSG 的丰度变化；C 通过线性回归分析进一步证实了二者在铜污染处理中的正相关关系 ）。这表明铜污染会影响微生物与噬菌体之间的相互作用，改变它们的生存策略。

进一步分析发现，噬菌体来源和铜污染共同介导了噬菌体对氮循环微生物网络的影响。非本地噬菌体接种增加了氮循环微生物共现网络的节点和链接数量，提高了网络的模块化程度（图 3：A 展示了不同处理中氮循环微生物群落的共现网络，可直观看到非本地噬菌体的影响 ）。在未受铜污染时，噬菌体的添加降低了病毒网络的稳定性和合作行为，进而影响微生物相互作用；而在铜污染存在的情况下，噬菌体则增强了病毒网络的稳定性和合作性（图 3：D 展示了病毒网络在不同处理下的稳定性和合作行为变化 ）。这说明铜污染改变了噬菌体对微生物网络的调控方式，且本地和非本地噬菌体的作用存在差异。

在对反硝化作用的研究中，研究人员有了更有趣的发现。噬菌体对反硝化作用的影响取决于铜污染情况。在铜污染处理中，噬菌体抑制了 nirK 型反硝化作用

参考文献：

ZHU Y, LI R, YAN S, et al. Copper contamination determined the impact of phages on microbially-driven nitrogen cycling in coastal wetland sediments [J]. Journal of Hazardous Materials, 2025, 490: 137870.