噬菌體(又稱細菌病毒)是地球上數量最多的生物實體，它們通過感染微生物，在土壤和水體生態系統中扮演著至關重要的角色。尤其是溶原性噬菌體，它們能夠以潛伏的方式“隱藏”在微生物基因組中，在適宜條件下被誘導并進入裂解周期，從而對碳氮循環和微生物群落穩定性產生深遠影響。

然而，環境中溶原性噬菌體的研究長期受到方法學缺失的制約?，F有研究主要依賴化學誘導劑——絲裂霉素C(Mitomycin C,MMC)，但該方法存在顯著不確定性：其作用強度在不同環境中差異巨大，既可能低估溶原性噬菌體的真實數量，也可能因對宿主微生物造成毒性影響而扭曲研究結果。因此，如何發展更加可靠的方法來研究環境中的溶原性噬菌體，成為該領域亟待解決的關鍵科學問題。

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”梁小龍研究員團隊提出并驗證了一種新的方法學框架，用于更加準確地揭示土壤和水體環境中溶原性噬菌體的真實生態作用。系統評估了絲裂霉素C方法的局限性，提出結合分子生物學與高通量測序的新策略，有效減少了傳統方法帶來的偏差。研究發現，在典型農田和森林土壤中，溶原性噬菌體的比例與土壤養分水平密切相關，其誘導釋放在碳氮循環的調控中具有重要作用。在淡水系統實驗中，證明新方法能夠更加靈敏和穩定地捕捉溶原性噬菌體的動態變化，克服了絲裂霉素C結果波動性大的難題。

該研究明確指出環境溶原性噬菌體研究中過度依賴絲裂霉素C的弊端，并提出可替代的技術路徑，填補了方法學空白，通過在土壤與水體中的成功應用，證明新方法能夠在多樣生態系統中揭示更真實的病毒—微生物相互作用，拓展了環境病毒學研究邊界，為未來研究提供了可靠的工具基礎。研究成果以Mitomycin C-induced prophage activation for exploring the Lysogeny-lysis functional dynamics in situ為題，發表在發表在 Applied Soil Ecology期刊。中國科學院沈陽生態所博士研究生徐若祎為第一作者，梁小龍研究員為通訊作者，寧波大學葛體達教授、美國田納西大學Mark Radoservich教授、密西西比州立大學范豫川博士、加州大學舊金山分校楊璐博士等國內外合作伙伴也參與了本研究。該研究得到了國家自然科學基金、遼寧省優秀青年基金、森林生態與保育重點實驗室等資助。

圖1. 圖文摘要

圖2. 原噬菌體激活導致細菌群落組成顯著變化

圖3. 原噬菌體激活抑制了不同土壤類型中的 CO? 和 N?O 排放