噬菌体(又称细菌病毒)是地球上数量最多的生物实体，它们通过感染微生物，在土壤和水体生态系统中扮演着至关重要的角色。尤其是溶原性噬菌体，它们能够以潜伏的方式“隐藏”在微生物基因组中，在适宜条件下被诱导并进入裂解周期，从而对碳氮循环和微生物群落稳定性产生深远影响。

然而，环境中溶原性噬菌体的研究长期受到方法学缺失的制约。现有研究主要依赖化学诱导剂——丝裂霉素C(Mitomycin C,MMC)，但该方法存在显著不确定性：其作用强度在不同环境中差异巨大，既可能低估溶原性噬菌体的真实数量，也可能因对宿主微生物造成毒性影响而扭曲研究结果。因此，如何发展更加可靠的方法来研究环境中的溶原性噬菌体，成为该领域亟待解决的关键科学问题。

针对这一科学问题，中国科学院沈阳应用生态研究所“环境污染过程与效应创新组群”梁小龙研究员团队提出并验证了一种新的方法学框架，用于更加准确地揭示土壤和水体环境中溶原性噬菌体的真实生态作用。系统评估了丝裂霉素C方法的局限性，提出结合分子生物学与高通量测序的新策略，有效减少了传统方法带来的偏差。研究发现，在典型农田和森林土壤中，溶原性噬菌体的比例与土壤养分水平密切相关，其诱导释放在碳氮循环的调控中具有重要作用。在淡水系统实验中，证明新方法能够更加灵敏和稳定地捕捉溶原性噬菌体的动态变化，克服了丝裂霉素C结果波动性大的难题。

该研究明确指出环境溶原性噬菌体研究中过度依赖丝裂霉素C的弊端，并提出可替代的技术路径，填补了方法学空白，通过在土壤与水体中的成功应用，证明新方法能够在多样生态系统中揭示更真实的病毒—微生物相互作用，拓展了环境病毒学研究边界，为未来研究提供了可靠的工具基础。研究成果以Mitomycin C-induced prophage activation for exploring the Lysogeny-lysis functional dynamics in situ为题，发表在发表在 Applied Soil Ecology期刊。中国科学院沈阳生态所博士研究生徐若祎为第一作者，梁小龙研究员为通讯作者，宁波大学葛体达教授、美国田纳西大学Mark Radoservich教授、密西西比州立大学范豫川博士、加州大学旧金山分校杨璐博士等国内外合作伙伴也参与了本研究。该研究得到了国家自然科学基金、辽宁省优秀青年基金、森林生态与保育重点实验室等资助。

图1. 图文摘要

图2. 原噬菌体激活导致细菌群落组成显著变化

图3. 原噬菌体激活抑制了不同土壤类型中的 CO₂ 和 N₂O 排放