高温腐熟化调控餐厨垃圾堆肥中DNA病毒的削减机制及代谢功能研究

针对餐厨垃圾(FW)堆肥中DNA病毒（含噬菌体和非噬菌体病毒）的生态风险与功能未知问题，研究人员通过全尺度堆肥实验，揭示高温(>55°C)和腐熟度(以发芽指数GI>92.3%为标志)可显著降低病毒丰度74.8-88.9%，并首次发现噬菌体通过编码碳氮代谢基因驱动堆肥进程。该研究为优化堆肥工艺提供了病毒控制新策略。

　　

餐厨垃圾(FW)作为全球年产量超1.2亿吨的有机废弃物，其处理难题一直困扰着环境领域。传统堆肥技术虽能转化FW为肥料，但其中潜藏的DNA病毒（包括感染细菌的噬菌体phage和感染人类/昆虫的非噬菌体病毒）可能带来环境与健康风险。更棘手的是，这些病毒在未处理FW中的丰度高达土壤的4.7倍，而目前对它们在堆肥中的演化规律及功能认知几乎空白。与此同时，堆肥特有的高温动态变化和腐熟化过程（表现为腐殖质积累和发芽指数GI提升）是否影响病毒群落？噬菌体是否像在海洋和土壤中一样参与物质循环？这些问题亟待解答。

为此，浙江大学的研究团队在《Environmental Research》发表了一项突破性研究。他们通过全尺度FW堆肥实验（处理量8吨，添加秸秆调节碳氮比），结合病毒宏基因组学和宿主预测技术，首次系统解析了DNA病毒在堆肥中的命运轨迹。研究发现，堆肥不仅能使病毒丰度降低74.8-88.9%，更意外发现噬菌体编码的糖苷水解酶和甲烷代谢基因可能助力堆肥碳氮转化。而高温（>55°C维持14天）与腐熟化（GI>92.3%）被证实是抑制病毒的关键杠杆。这项成果为堆肥工艺优化提供了病毒控制的双重靶点——温度管理与腐熟度提升。

关键技术方法
研究采用全尺度动态采样策略（基于温度变化选取代表性样本），结合qPCR定量病毒载量、Illumina高通量测序解析病毒群落结构，以及生物信息学工具（如CRT预测溶原性噬菌体、MetaPhage分析宿主关联）。理化指标检测涵盖温度、GI值、腐殖质含量等，其中病毒宿主通过病毒-细菌基因组匹配技术锁定。

研究结果

1. Variation in DNA virus abundance and diversity during composting process
温度曲线显示堆体5天内升至58.0°C，高温期(>55°C)持续14天。伴随这一过程，病毒总丰度下降88.9%（噬菌体）和74.8%（非噬菌体），α多样性指数降低67.8-69.7%。值得注意的是，病毒衰减与腐熟化指标同步：当GI值>92.3%或腐殖质>318.3 g/kg时，病毒载量趋近土壤本底水平。

2. Host prediction and functional analysis of phages
宿主溯源揭示72.4%的噬菌体以厚壁菌门(Firmicutes)为宿主（主要为芽孢杆菌属），25.1%靶向变形菌门(Proteobacteria)。功能注释发现34.7%的噬菌体携带碳代谢基因（如糖苷水解酶GH23），19.8%编码氮循环相关酶（如脲酶UreC），暗示其可能通过溶菌作用释放宿主胞内酶促进堆肥反应。

3. Drivers of DNA virus community dynamics
RDA分析表明，温度（解释方差41.2%）和GI值（32.7%）是病毒群落更替的主控因子。高温直接诱导噬菌体从溶原态转为裂解态（lytic/lysogenic ratio上升3.8倍），而腐熟化通过降低宿主细菌丰度间接抑制病毒增殖。

结论与意义
该研究首次构建了FW堆肥中DNA病毒的"温度-腐熟度-功能"调控框架：高温和腐熟化协同作用可有效削减病毒负荷，而噬菌体通过代谢基因贡献可能成为堆肥效率的"隐形推手"。这一发现不仅为堆肥产品安全标准增设病毒指标（建议GI阈值92.3%）提供了依据，更开创性地提出利用噬菌体-宿主互作优化堆肥碳氮转化的新思路。未来研究可针对噬菌体编码的GH23和UreC等关键酶设计定向强化策略，实现病毒风险控制与堆肥效率提升的双赢。