作者：姚柯渝，陈 林，朱 冬，马 斌，陈林兴，周之超，刘 鹏，蒋 新，叶 茂
单位：中国科学院南京土壤研究所；中国科学院大学；中国科学院城市环境研究所；浙江大学环境与资源学院；中国科学技术大学环境科学与工程系；深圳大学高等研究院
卷期：《土壤学报》2026年第63卷第1期
土壤病毒是生态系统中重要的生物调节因子。病毒通过编码多种辅助代谢功能基因，能够直接影响宿主的代谢活动，在维持土壤健康中扮演关键角色。具体而言，病毒可通过裂解细菌释放养分、介导功能基因的水平转移，以及调节微生物群落结构及其代谢过程，从而推动土壤生态系统功能的演变与系统稳定性的维持。本文系统梳理了土壤病毒在促进养分补偿和元素循环、改善生态环境、协助污染物降解、促进植物健康、控制抗生素耐药菌和间接调节人类健康等方面的作用。展望未来，该领域研究应进一步聚焦于土壤病毒基因资源的挖掘，推动土壤病毒安全、高效的工程化应用，为农业可持续发展和环境污染治理提供新的技术路径。
图1 土壤环境病毒多维生态功能补偿与代谢调控
Fig. 1 Multidimensional ecological functional compensation and metabolic regulation by soil viruses
土壤病毒组驱动养分元素循环、提升宿主抵御酸碱逆境能力
土壤病毒通过编码辅助代谢功能基因（Auxiliary Metabolic Genes，AMGs），深度参与碳、氮、磷和硫等关键元素循环。病毒携带的碳水化合物活性酶和能量代谢相关AMGs，可增强宿主对复杂碳源的分解与同化能力，在水稻土、高寒土和微塑料污染土壤中显著影响土壤碳固存与碳排放过程。在氮循环中，病毒兼具“自上而下”的裂解调控和“自下而上”的代谢补偿功能。病毒感染固氮或氨氧化微生物后，通过AMGs参与氮转化关键步骤，并促进氮素在微生物网络中的快速周转。病毒可通过水平基因转移获得磷酸酶和硫氧化相关基因，在养分受限环境中协助宿主维持代谢稳态。
在逆境胁迫条件下，土壤病毒组表现出显著的生态调控能力。酸性和盐碱土壤中，病毒通过编码产碱、耗酸或离子转运相关AMGs，增强宿主缓冲极端pH和盐胁迫的能力；干旱条件下，病毒AMGs则通过优化能量与核苷酸代谢，提高宿主在资源受限环境中的存活概率。同时，极端环境显著推动病毒向溶原生活史转变，使病毒以前噬菌体形式整合至宿主基因组，在降低自身能耗的同时，为宿主提供胁迫响应和代谢调控基因，增强群落整体稳定性。
图2 病毒编码的AMGs调控元素循环、抵御逆境胁迫
Fig. 2 Virus-encoded AMGs regulate biogeochemical cycling and confer stress resistance
病毒协助宿主消纳土壤中污染物
在有机污染和重金属胁迫背景下，土壤病毒展现出独特的生态修复潜力。污染土壤中病毒多样性和AMGs丰度普遍升高，尤其富集与有机氯农药、多环芳烃降解相关的功能基因。
在重金属污染环境中，病毒通过携带和转导重金属抗性基因，促进抗性模块在微生物群落中的扩散，构建“病毒–宿主协同抗性系统”。此外，污染胁迫往往与碳循环强化相伴随，病毒通过调控宿主碳代谢途径，在污染土壤中兼具降解与碳固存的双重生态功能，成为潜在的“隐性生态净化器”。
图3 病毒协助宿主消纳土壤中污染物
Fig. 3 Viruses facilitate host degradation of contaminants in soil
病毒是促进植物生长发育的潜在驱动力
土壤病毒可通过靶向裂解植物病原菌、重塑根际微生物群落结构，间接提升植物健康水平。同时，噬菌体携带的辅助代谢功能基因可增强促生微生物的养分转化与胁迫响应能力，促进植物对氮、磷等养分的吸收并提高其抗逆性。病毒在根际系统中通过裂解与溶原策略的动态切换，实现对微生物功能与植物生长的精细调控，成为连接植物健康与土壤生态过程的重要调节因子。
图4 噬菌体成倍移植促进植物生长发育
Fig. 4 Phage multiplication promotes plant growth and development
土壤病毒组中的抗生素抗性基因和人类健康基因
土壤病毒在抗生素抗性基因（ARGs）传播中具有双重作用。一方面，噬菌体可通过转导和裂解释放宿主DNA促进ARGs扩散；另一方面，裂解性噬菌体可靶向清除耐药菌，从而降低耐药风险。近年来，工程噬菌体和CRISPR-Cas系统的结合，为精准阻断ARGs传播提供了新思路。
除生态风险外，土壤病毒基因组中还隐匿着多类与人类健康相关的功能基因，包括抗癌、抗氧化、维生素合成和长寿调控基因。这些基因可能通过病毒–微生物–植物–人类食物链间接发挥健康效应，揭示了土壤病毒作为“环境基因资源库”的潜在价值。
图5 土壤病毒组中的抗生素抗性基因和人类健康基因
Fig. 5 Antibiotic resistance genes and human health-related genes in the soil virome
展望
总体而言，土壤病毒组通过代谢补偿、基因转移和生活史调控，深度参与土壤元素循环、逆境适应、污染修复及健康风险调节。然而，病毒功能多依赖预测性分析，其真实表达活性、宿主特异性及生态安全性仍需系统验证。未来研究应结合多组学、原位实验和工程化手段，解析病毒驱动生态过程的因果机制，推动土壤病毒从“生态调节者”向“可控工程工具”转化，为农业可持续发展与环境治理提供新策略。
