土壤是地球上最大的碳庫(kù)之一，微生物群落通過(guò)分解有機(jī)質(zhì)和形成微生物殘?bào)w驅(qū)動(dòng)著土壤有機(jī)碳(SOC)的積累與穩(wěn)定。然而，作為土壤微生物群落的重要成員，病毒如何影響這一過(guò)程還未被深入認(rèn)識(shí)。土壤中碳(C)與氮(N)的比率(C/N比)不僅影響植物生長(zhǎng)，也對(duì)微生物活動(dòng)、碳儲(chǔ)存與釋放起著關(guān)鍵作用。盡管已有研究關(guān)注植物輸送物(litter)、微生物群落及環(huán)境因素對(duì)碳/氮循環(huán)的影響，但病毒在其中的角色，特別是在不同 C/N 比條件下如何調(diào)控微生物與碳釋放，尚有較大知識(shí)空白。

針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所梁小龍研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)外源底物添加實(shí)驗(yàn)，結(jié)合宏基因組測(cè)序和結(jié)構(gòu)方程模型，系統(tǒng)解析了不同外源C/N比輸入下，土壤病毒群落的組成、生活史策略及其對(duì)微生物多樣性、呼吸作用和微生物殘?bào)w碳累積的調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，病毒群落對(duì)C/N 比高度敏感，外源C/N比例顯著重塑了病毒多樣性與群落組成。在低有機(jī)質(zhì)含量的遼河土壤中，較高C/N促進(jìn)了裂解性病毒的優(yōu)勢(shì)，而在高有機(jī)質(zhì)的松嫩土壤中，溶原性病毒更具適應(yīng)性。同時(shí)，病毒的生命策略和土壤有機(jī)質(zhì)含量共同決定了有機(jī)碳周轉(zhuǎn)過(guò)程的病毒調(diào)控效應(yīng)，病毒裂解在低有機(jī)質(zhì)土壤中增強(qiáng)了微生物呼吸作用，促進(jìn)碳礦化;而在高有機(jī)質(zhì)土壤中，病毒裂解則有助于微生物殘?bào)w碳的穩(wěn)定化積累。

該研究破除了以往碳循環(huán)模型與實(shí)驗(yàn)只重視植物輸入、微生物作用，而忽視病毒參與作用的局限，同時(shí)強(qiáng)調(diào) C/N 比不僅是植物殘?bào)w的一個(gè)化學(xué)指標(biāo)，也深刻影響地下微生物與病毒的生態(tài)作用，進(jìn)而影響整個(gè)碳循環(huán)過(guò)程。為全球氣候變化模型提供新的變量與修正因素。在氣候變暖、氮沉降增多等背景下，C/N 比可能改變，從而病毒介導(dǎo)的碳釋放可能加劇，影響碳儲(chǔ)存與大氣中 CO? 水平。研究成果以Exogenous carbon-to-nitrogen imbalance drives soil viral roles in microbial carbon mineralization and necromass accrual為題，發(fā)表在發(fā)表在 Soil Biology & Biochemistry期刊。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)生態(tài)所博士研究生王碩為第一作者，梁小龍研究員為通訊作者，德國(guó)耶拿大學(xué)、荷蘭烏得勒支大學(xué)、美國(guó)田納西大學(xué)等國(guó)內(nèi)外合作伙伴也參與了本研究。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省優(yōu)秀青年基金、森林生態(tài)與保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等資助。

圖1. 土壤病毒群落結(jié)構(gòu)

圖2. 土壤病毒與細(xì)菌關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

圖3. 土壤病毒豐度與生命策略