近日，中国科学院生态环境研究中心土壤环境生物学团队联合国内外多家科研机构，在国际期刊Nature Ecology and Evolution发表研究论文，揭示了土壤病毒在深层土壤碳持久性中的关键调控机制。该研究通过原位土壤剖面调查（0-700 cm）与全球宏基因组数据整合分析，建立了深层土壤病毒资源数据库（DSVR-DB），系统阐明了病毒通过辅助代谢基因（AMGs）和内溶素调控深层土壤微生物碳泵的作用机理，为理解陆地碳库的长期稳定化机制提供了全新视角。
深层土壤储存了全球超过一半的陆地有机碳，但长期以来，微生物学家普遍认为深层土壤中的微生物群落处于相对休眠状态，其低代谢活性导致了深层SOC的长期持久存在。然而，近期研究发现深层土壤中存在具备降解几丁质、纤维素和肽聚糖等复杂有机化合物功能的微生物类群，包括CPR细菌和CSP1-3谱系。因此，深层土壤中碳的长期稳定存在与其中活跃的微生物降解菌群之间存在一个长期未解的悖论。本研究发现，土壤病毒作为地球上最丰富的生物实体，正是破解这一悖论的关键。
研究团队对四个农田生态系统的18个土壤层（0-700 cm）开展了系统性调查，采集并分析了216个宏基因组样本，并结合全球138个土壤剖面、涵盖0-1800 cm深度的1,169个扩增子数据和503个宏基因组数据，构建了全球深层土壤病毒数据库。研究发现，随着土壤深度增加，病毒丰富度显著升高，病毒群落生态策略发生显著性转变，表现为溶原性病毒比例大幅上升，这表明在碳资源极度匮乏的深层环境中，病毒选择"搭便车"策略，通过与宿主细菌协同生存来应对资源限制。
病毒并非仅仅是微生物的'杀手'，它们还是宿主在极端环境中生存的重要盟友。研究发现，深层土壤中的病毒携带大量碳水化合物活性酶（CAZys）辅助代谢基因（AMGs），其中糖苷水解酶（GHs）和内溶素编码基因的丰度随深度增加而显著升高。这些病毒AMGs能够增强宿主细菌对几丁质等复杂聚合物的降解能力，从而缓解深层土壤中的碳限制。研究团队从453个高质量微生物基因组中鉴定出263个携带前病毒的基因组，并发现代表性前病毒通过编码GH23、GH108等降解酶以及热休克蛋白（HSP）、超氧化物歧化酶（SOD）等胁迫响应基因，显著增强了宿主在650-700 cm深层的碳获取能力和环境适应性。为期16周的微宇宙培养实验结果表明，活性病毒处理组的病毒内溶素活性显著促进了微生物残体碳的积累，进而推动了矿物结合态有机碳（MAOC）的形成。偏最小二乘路径模型（PLS-PM）揭示，病毒裂解对微生物残体碳形成的贡献度（12%）显著高于其他因素。值得注意的是，同时，深层土壤中微生物残体与MAOC之间的表现为显著正相关，这凸显了病毒介导的微生物碳泵在深层碳封存中的核心作用。
中国科学院生态环境研究中心吴兴杰博士后与河北师范大学韩婉雪博士为论文共同第一作者，肖可青研究员与河北师范大学王凤花副教授为论文共同通讯作者，朱永官研究员参与并提供了关键指导。本研究还与浙江农林大学、中国科学院地球环境研究所、中国科学院城市环境研究所、中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心、法国里昂大学、德国柏林自由大学等国内外科研机构开展合作探讨。本研究得到中国科学院先导专项和国家自然科学基金等项目资助。
原文链接：DOI : 10.1038/s41559-026-03207-x
图1. 病毒加速深层土壤中微生物碳周转的概念示意图。病毒通过双重机制促进深层土壤中的土壤碳循环：i) 与GHs（糖苷水解酶）相关的病毒AMGs促进宿主碳捕获；ii) 病毒内溶素促进坏死物质形成及 MAOC 储量积累。MCP：微生物碳泵；MnCP：矿物碳泵；AMGs：辅助代谢基因。
土壤环境科学与技术实验室
2026年10月21日