理解微塑料对碳循环的贡献对于评估这些人为碳在地质年代对陆地碳汇的扭曲至关重要。然而，由于土壤中复杂的微生物过程的不确定性，尤其是病毒在其中的未知作用，这方面的知识仍然有限
2024年10月28日，中国科学院城市环境研究所朱永官院士团队PNAS上发表了题为 Soil viral–host interactions regulate microplastic-dependent carbon storage的研究论文。研究发现，非降解性微塑料通过增强病毒裂解释放溶菌产物并改变了土壤的化学多样性，从而促进了高碳投资的代谢过程，导致有机碳储量减少。相反，降解性微塑料处理通过提高辅助碳代谢，将微塑料来源的碳转化为微生物生物量，从而增加了碳储存潜力。这些发现对于理解病毒在全球变化背景下调节陆地碳储存的潜力至关重要，有助于在塑料污染日益加剧的趋势下减缓全球变暖。
降解性和非降解性微塑料对土壤碳循环总体影响的概念图
微塑料对土壤溶解性有机物（DOM）组成和微生物碳利用效率（CUE）的影响
图1展示了添加微塑料后土壤碳相关特性和土壤DOM分子组成的变化。（A）总碳含量（TC，%），（B）土壤有机碳浓度，（C）溶解性有机碳浓度，（D）CO2排放速率（μg C g−1土壤 h−1）。（E）不同处理条件下出现的DOM分子数量及（F）其在van Krevelen图中的分布。（G）碳的名义氧化态（NOSC）值的密度图。
图2. 土壤微生物组成、多样性及碳利用效率（CUE）的变化 （A）细菌群落在门水平的相对丰度。（B）通过主坐标分析（PCoA）图展示土壤微生物组的异质性。（C）Shannon多样性指数。蓝色和红色星号分别表示与至少一种降解性或非降解性微塑料处理组之间的显著差异。变化指标还包括（D）碳利用效率（CUE）和（E）单位质量特异性生长速率（mg C g−1 微生物碳 h−1）。
微塑料对土壤细菌群落组成和功能表达的影响
图3展示了土壤微生物组对微塑料的碳代谢功能变化。（A）与对照组（CK）相比，非降解性和降解性微塑料处理中编码和表达水平较高的代谢通路，以及对应塑圈中编码水平较高的基因。（B）不同门的宏基因组装配基因组（MAGs）中注释的关键功能基因。（C）MAGs信息，包括在不同处理中的相对活性、碳代谢基因（C-gene）和碳水化合物活性酶（CAZy）注释的平均类型和数量，以及最小倍增时间（小时）。
微塑料对土壤病毒群落生活方式及病毒–宿主相互作用的影响
图4展示了土壤病毒组对微塑料添加的响应。（A）病毒–细菌相互作用分析。左侧连线：可匹配到宿主MAGs的病毒操作分类单元（vOTUs）；右侧连线：在处理组中可发现的宿主MAGs。（B）特定细菌门中裂解性病毒的比例、前病毒的比例及宿主MAGs中注释的平均防御系统（计算方法为总注释数除以细菌门中的MAG数）。（C）基因组水平的微多样性，由π值表示。（D）处于正选择下的基因百分比（即pN/pS > 1），（E）与碳代谢相关的五个噬菌体编码辅助代谢基因（AMGs）的基因组背景和蛋白质结构。
不同病毒–宿主相互作用对土壤碳循环的影响
图5展示了病毒与溶解性有机碳（DOM）分子组成变化的关联。弦图表示裂解性病毒（A和B）或溶原性病毒（C和D）与通过FT-ICR MS检测的DOM分子式之间的连结。A和C为正相关连结，B和D为负相关连结。柱状图表示（E）裂解性病毒或（F）溶原性病毒在不同细菌宿主中与DOM组成的平均连结。（G和H）柱状图显示（G）裂解性病毒或（H）溶原性病毒与不同DOM成分之间的平均连结。
塑圈与土壤中微生物组成和功能的一致性模式
图6展示了塑圈中微生物群落组成和功能的变化。（A）塑圈中裂解性和溶原性病毒的比例。（B）塑圈中注释的主要碳代谢功能基因的病毒丰度。（C）塑圈中病毒编码辅助代谢基因（AMGs）的丰度。（D）细菌群落在门水平的相对丰度及其病毒宿主的分布。（E）Shannon多样性指数，使用成对t检验进行显著性分析（P < 0.05）。（F）通过Kruskal–Wallis检验分析塑圈中主要功能丰度的差异（P < 0.05）。
本文来源：植物微生物组。
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