近日，中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室魏源送团队，聚焦典型畜禽粪污资源化利用过程（厌氧消化和好氧堆肥）的噬菌体-宿主交互作用，采用HI-C耦合多组学方法，揭示了其在塑造厌氧消化和堆肥中耐药性（AMR）演替、调控甲烷代谢中的关键生态学作用，相关成果近期分别发表在旗舰期刊iMeta、Environmental Science & Technology和Water Research。
在耐药性演替方面，传统认为噬菌体主要通过“转导作用”促进耐药基因（ARGs）转移。然而，团队研究发现，无论在厌氧消化还是堆肥中，噬菌体的“裂解作用”在定量上均远超转导作用，是削减耐药菌（ARB）的关键动力。强烈的裂解压力使ARB大量演化出噬菌体免疫系统（ADS），展现出显著的“双刃剑”效应：一方面，ADS作为一道“遗传防火墙”，会无差别切割包含质粒在内的外来遗传元件，限制了ARGs的水平转移（HGT）；另一方面，ADS保护了ARB免遭裂解，导致ARB在系统中长期赋存。
图. 研究框架
在好氧堆肥中，传统观念认为提升堆肥高温即可削减ARGs，但实际上，堆肥残留的ARB中约60%为嗜热菌。这些嗜热ARB正是借助ADS逃避了噬菌体裂解，在原本用于“无害化”的高温环境中反而获得了富集优势。这一发现打破了“仅靠升温即可消除AMR”的工程认知盲区，为未来实现堆肥中ARGs的精准靶向控制锁定了核心对象。
在甲烷代谢调控方面，团队捕获了厌氧消化系统中超6100次活跃的噬菌体-宿主互作事件。结果表明，噬菌体通过辅助代谢基因（AMGs）参与群落代谢调节，且生活史策略随环境压力发生动态演替：在中温稳定条件下，噬菌体倾向于“搭便车”的溶原策略，增强宿主竞争力以稳定甲烷生产；在高温或高固含量胁迫下（发酵细菌过度增殖致酸累积），则迅速转向“杀手”裂解策略，靶向裂解发酵细菌以恢复生态平衡。此外，研究还首次多组学证实了专门感染产甲烷古菌的RNA噬菌体。
该系列研究打破了将噬菌体仅视为“基因传播载体”的传统认知，重构了有机固废处理的微生态学框架，为AMR的“全健康（One Health）”治理及优化生物能源产出奠定了理论基础。
中国科学院生态环境研究中心唐启河博士与张俊亚研究员分别为该系列论文的第一作者，张俊亚研究员与魏源送研究员则分别为相应论文的通讯作者。研究得到了国家重点研发计划和自然科学基金等项目支持。
论文链接：
https://doi.org/doi/10.1002/imt2.70145
https://doi.org/10.1021/acs.est.6c04304
https://doi.org/10.1021/acs.est.6c03952
https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.126401
水污染控制实验室
2026年10月12日