噬菌体重塑红树林氮转化路径：原生与非原生噬菌体调控机制截然不同

红树林是陆海交界关键生态系统，在全球氮循环中扮演重要角色，硝酸盐还原是沉积物氮素归趋的核心过程，包含反硝化、异化硝酸盐还原产铵（DNRA）、厌氧氨氧化（Anammox）三条主要通路。噬菌体广泛存在于红树林环境，但噬菌体如何调控硝酸盐还原过程一直缺少直接实验证据。北京大学团队借助微宇宙模拟体系、¹⁵N 同位素示踪与功能基因扩增子测序开展研究，揭示原生、非原生噬菌体虽同样改变硝酸盐还原通路分配，但通过完全不同的机制调控反硝化微生物群落，相关成果发表于《Applied Soil Ecology》。

研究采集深圳两处人为干扰程度迥异红树林沉积物，分别提取原生噬菌体（来自本底红树林）与非原生噬菌体（异地红树林来源），设置原生噬菌体添加组、非原生噬菌体添加组、无噬菌体对照组三组微宇宙，开展 15 天厌氧培养实验。¹⁵N 同位素示踪结果显示：不添加噬菌体条件下，DNRA 是主导硝酸盐还原过程，该途径将硝酸盐转化为铵，把氮保留在湿地系统内；无论添加原生还是非原生噬菌体，都会显著降低 DNRA 在总硝酸盐还原中的相对占比，推动系统主导路径向反硝化转变，促进氮以气态形式流失。分析推测该转变来源于噬菌体对 DNRA 优势宿主菌的裂解，伴随胞内营养物质释放、基质碳氮耗竭，抑制 DNRA 功能活性；而厌氧氨氧化速率本底水平很低，本实验条件下几乎不受噬菌体影响。

尽管两类噬菌体均可提升反硝化贡献，但驱动的微生物机制存在显著分化。

原生噬菌体：与本地微生物长期共进化，主要作用于nirS‑型反硝化菌。通过生态位分化与确定性同质选择过程，提升 nirS‑型反硝化菌的物种丰富度，强化特化种的生态位宽度，推动群落功能趋同。

非原生噬菌体：缺少和本地宿主共进化历史，不直接靶向 nirS‑型菌群；通过裂解 DNRA 细菌释放营养资源，间接驱动nirK‑型反硝化泛化种扩张，耐胁迫、资源利用灵活的泛化种取代原有的特化型菌群，从而提升整体反硝化活性。

群落组装解析表明：原生噬菌体增强确定性选择的作用；非原生噬菌体则提高扩散限制，增加群落构建的随机过程贡献。同时噬菌体扰动下，DNRA 群落优势类群丰度下降，稀有类群被富集，符合 “杀死赢家”生态假说；虽然物种多样性提升，但稀有类群无法弥补优势 DNRA 功能菌丢失带来的活性下降。环境因子分析显示总碳、总氮、硝酸盐底物浓度共同调控硝酸盐还原功能菌群的群落结构与代谢活性。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2026.107351