土壤微生物学是地球科学、农业科学和生命科学的交叉学科前沿和热点。未来土壤病毒领域的研究将会是土壤学、生态学、微生物学、环境科学、信息学和计算机科学等多学科和多尺度交叉的结果。由于土壤自身的复杂特性以及其动态变化特征,人们对土壤中病毒类型、丰度、分布特征与功能、生态环境效应、病毒-宿主微生物互作过程及作用机理仍知之甚少,相关研究一直是微生物学研究领域的薄弱环节,也是当前微生态学和环境科学等领域的研究热点和前沿。
基于此,未来研究可能需要更多地集中于土壤病毒分离纯化研究、土壤病毒多样性及生态学效应研究、土壤病毒迁移传播机制研究、土壤病毒-宿主互作机制研究和土壤病毒应用研究5个方面。
(1)土壤病毒分离纯化研究:不断优化提取、分离并纯化土壤病毒方法,并开展土壤病毒(包括烈性噬菌体和温和噬菌体等)的生物学特性鉴定研究,建立完善的病毒资源信息库,是研究土壤病毒的基础,可以促进我们对土壤病毒有充分认知及了解,目前将噬菌体作为指示病毒的研究和应用也因此受到大量关注。
(2)土壤病毒多样性及生态学效应研究:通过高通量组学技术及宏基因组、宏转录组、宏蛋白质组、宏代谢组等先进分子生物学技术,获取土壤病毒完整基因组信息,深入探究不同土壤类型中土壤病毒的分布特征、多样性、基因组结构、组成及变异、基因功能、基因演化以及宿主特性、侵染宿主范围等,以期进一步揭示土壤病毒在生态系统中的作用,为农业生产、环境保护和生态平衡的维护提供一定科学依据。
(3)土壤病毒迁移传播机制研究:土壤特有的微观孔隙特征和水分分布的异质性及动态变化特性定义了微生物特殊的微生境条件,因此,从孔隙结构特征和个体细胞等微观尺度及区域、全国甚至全球等宏观尺度上剖析土壤病毒活动轨迹及病毒在土壤中迁移传播的时空模式,是深入了解土壤病毒生命形态及生态过程的关键。
(4)土壤病毒-宿主互作机制研究:通过细胞生物学、生物化学和生物物理学等方面技术,深入了解土壤病毒的生命周期、侵染能力和致病性等重要特征,揭示土壤病毒与宿主之间的相互作用方式和信号传递途径及其对土壤养分循环等复杂过程的作用机制,了解土壤病毒的侵染机制和宿主耐受机制,从生物进化的角度加深对土壤病毒的了解。值得注意的是,利用土壤病毒生物地球化学互作过程计算机仿真模型,一定程度上可以从机理层面探究土壤病毒和宿主微生物在动态变化环境系统中的生命轨迹过程以及环境因子对微生物个体能动性、种群扩张和互作的影响机制,对深入探究土壤病毒-微生物种群互作过程以及微生物多样性维持机制具有重要推动作用。
(5)土壤病毒应用研究:结合基础研究的理论积累,通过从分子、细胞、菌落和环境生境等不同尺度明确土壤病毒的生理生态学特征以及其与其他生命形态和在不同界面间的互作模式与响应机制,提升对土壤病毒存在机制与生态功能的认知,构建土壤病毒的生物地球化学过程模式,以对土壤病毒及宿主微生物进行合理利用与调控。通过生物工程、生物防治和环境工程等技术,开发新型的针对不同病原菌的土壤病毒生物制剂,并大量开展长期培养、盆栽或大田试验,探究利用土壤病毒(如噬菌体)来靶向调控细菌、真菌及古菌等宿主微生物数量和群落结构进而达到控制土壤中的有害生物和污染源、保障生态环境安全这一目标的可行性和安全性,提高土壤质量和生产力,充分发挥噬菌体疗法在农业中的应用价值。