微生物是全球生物地球化學循環和生態系統功能的重要驅動者。雖然基因型一致的群體在相同環境條件下常表現出代謝功能差異，這種“表型異質性”現象在生態學中已受到關注，但其主要驅動因子尚不清楚。噬菌體作為地球上數量最龐大的生物實體之一，在感染過程中不僅造成宿主死亡，還會通過水平基因轉移、代謝重編程等方式塑造微生物群落結構。然而，噬菌體如何在單細胞層面產生并放大這種異質性，以及對生態系統過程的具體貢獻，仍是當前亟待解決的科學問題。

針對這一科學問題，中國科學院沈陽應用生態研究所“環境污染過程與效應創新組群”梁小龍研究員團隊從機制、生態和方法學三個層面進行了深入綜述。在機制層面，闡述了噬菌體在裂解與溶原兩種生活史策略下，通過調控宿主基因表達、整合或切除前噬菌體、以及攜帶并表達輔助代謝基因(AMGs)，在群體內產生不同的代謝狀態和表型差異。生態層面指出噬菌體誘導的異質性不僅影響宿主種群動態和群落穩定性，還通過“病毒旁路效應”(viral shunt)、營養循環調控和有機碳穩定等途徑，深刻作用于碳、氮、磷等元素循環過程。方法學前沿展望中，強調單細胞分辨率的新技術(如NanoSIMS、單細胞拉曼光譜、BONCAT-FISH、微流控追蹤等)為揭示噬菌體驅動的單細胞代謝變異提供了新工具，有望推動微生物生態學和生物地球化學研究進入“病毒—單細胞互作”新階段。

該研究明確提出噬菌體驅動的表型異質性不僅是微生物生態學中的普遍現象，更是塑造群落功能與生態系統穩定性的核心機制。未來將這一機制納入生態模型與碳循環模型，對于提升全球變化背景下的生態系統功能預測能力具有重要意義。研究成果以Bacteriophage-driven microbial phenotypic heterogeneity: ecological and biogeochemical importance為題，發表在發表在 npj Biofilms & Microbiomes 期刊。中國科學院沈陽生態所梁小龍研究員為第一作者和通訊作者，賈永鋒研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、森林生態與保育重點實驗室、遼寧省優秀青年基金等資助。

圖1. 噬菌體復制過程及其對微生物表型異質性的影響

圖2. 噬菌體感染介導微生物表型異質性

圖3. 噬菌體導致宿主表型變異的示意圖