背景知识

细菌和噬菌体是地球上最丰富的微生物，它们之间频繁相互作用，细菌可进化出对噬菌体的抗性，噬菌体也能反向进化以提高感染性，这种协同进化对细菌和噬菌体的生态与进化有深远影响，但在自然群体中协同进化的普遍性和在复杂环境中的情况尚不清楚。

研究方法

1、实验设计

使用三种土壤细菌及其各自的噬菌体，在单一培养（仅一种细菌和对应噬菌体）和混合群落（三种细菌和所有噬菌体共同存在）中进行为期 8 周的实验进化。实验分为四种处理，每种处理重复六次，包括单一培养、单一培养加噬菌体、混合群落、混合群落加噬菌体。

2、测量指标

通过稀释平板法和斑点测定法等方法，测量细菌和噬菌体的密度、细菌对噬菌体的抗性以及细菌和噬菌体之间的协同进化情况。

3、数据分析

使用R语言进行数据分析，采用线性混合效应模型等统计方法，分析噬菌体存在、处理方式（单一培养 / 混合群落）和时间对细菌和噬菌体密度、抗性的影响。

实验结果

1、噬菌体对细菌密度的影响

噬菌体对不同细菌的影响存在物种特异性。在单一培养中，苍白杆菌噬菌体密度显著高于混合群落，且在混合群落中噬菌体在第 6 周和第 8 周的 5/6 和 4/6 重复实验中低于可检测密度；假单胞菌噬菌体在 2-4 周内迅速灭绝，在单一培养中对细菌密度有短期影响，但在混合群落中无显著影响；贪噬菌噬菌体密度在第 4 周后无法检测到，但在单一培养和混合群落中，噬菌体的存在使贪噬菌 的密度显著高于无噬菌体培养。

2、细菌对噬菌体的抗性进化

在混合群落中，所有细菌的噬菌体抗性进化均受到抑制，其中对苍白杆菌的影响最为显著。在单一培养中，苍白杆菌有 54.2% 的分离株进化出对祖先噬菌体的抗性，而在混合群落中未检测到抗性分离株；假单胞菌在单一培养中有 6.94% 的分离株进化出抗性，在混合群落中无抗性；贪噬菌在单一培养中 100% 进化出抗性，在混合群落中 90.3% 进化出抗性，但差异不显著。

3、协同进化动态

只有苍白杆菌及其噬菌体在单一培养中表现出协同进化，细菌对噬菌体的抗性随时间变化，噬菌体的感染性也有所提高，但未出现典型的军备竞赛模式。在混合群落中，苍白杆菌对祖先噬菌体的抗性频率较低，未检测到显著的协同进化。

结论

细菌和噬菌体之间的相互作用在单一培养和混合群落中表现出物种特异性，在混合群落中，噬菌体抗性的进化受到抑制，这可能与细菌密度降低、突变供应率减少或遭遇率降低有关。仅苍白杆菌及其噬菌体在单一培养中表现出协同进化，而在混合群落中协同进化受到抑制，表明协同进化的发生可能依赖于宿主 - 噬菌体对，且在复杂群落中协同进化的可能性降低。

该研究强调了从单一培养到混合群落以及从模式生物到更广泛系统推广研究结果的难度，对噬菌体疗法等领域具有重要意义，提示在自然群落中噬菌体可能无法像理论预测的那样有效调节细菌密度，细菌可能在长期中超越噬菌体。

参考来源：

Meaghan Castledine et al., Bacteria–phage (co)evolution is constrained in a synthetic community across multiple bacteria–phage pairs, Microbiology (2025), https://doi.org/10.1099/mic.0.001577