一种噬菌体组合物及其在强化土壤固碳中的应用

本发明属于噬菌体，具体涉及一种噬菌体组合物及其在强化土壤固碳中的应用。

背景技术：

1、微生物类群间的跨界互作能够促进微生物来源碳的产生和积累，细菌噬菌体（简称噬菌体）与宿主细菌是实现跨界互作的典型。噬菌体是一类专属性捕食活体宿主细菌而存活的生物体，在土壤、空气、水中均广泛分布，据估算其总量达到1031数量级。噬菌体能够将辅助代谢基因（auxiliary metabolic genes, amgs）通过水平基因转移作用，补偿宿主多种生理功能的表达。目前已知噬菌体参与土壤碳循环的两种途径为：裂解宿主群落导致代谢物释放，进而促进环境有机碳积累；或通过溶源手段共同参与宿主介导的碳生物地球化学循环，协助宿主进行生物合成功能，最终实现宏观固碳。

2、噬菌体移植（phage transplantation）是指对生境中噬菌体整体群落进行高效富集，再移植入指定目标宿主环境并使其定植发挥作用的一种新兴生物学技术。土壤噬菌体移植是由医学领域粪群微生物移植（faecal microbiota transplantation）治疗人类疾病的概念衍化而来。土壤噬菌体移植技术的优点是：能够定量辨析噬菌体在土壤微生物组中的角色和作用，便于将已知携带固碳功能amgs的溶源性噬菌体移植入目标土壤，以成功协助宿主细菌强化自身碳合成代谢途径。

3、通过相关文献查阅和专利检索，并未发现有关以噬菌体移植手段优化土壤微生物固碳体系，增强土壤固碳效率生物技术的公开发表和受理，与本发明最接近的现有方法是：制作微生物菌剂以促进土壤固碳，如发明公开号cn102775201a 是制作固碳高活性微生物有机肥，所使用的微生物菌剂包括苏云金芽孢杆菌和诺卡氏菌；而专利公开号cn116813406a、cn117000756a、cn114916277a、cn101607838a、cn117209183a是依次将微生物菌剂与微塑料、黏土矿物、氧化铁、吸水保水剂及多源固废联合施用，通过保障微生物生存空间并改善土壤结构的方式从物化层面强化土壤固碳。上述发明提到的菌种有硝酸盐还原亚铁氧化微生物、乳酸菌、土壤光合微生物或氨化热弧菌，并未涉及微生物跨界互作。除菌剂改良外，也有多项专利涉及土壤微生物固碳系统设计，如发明公开号：cn117296507a是通过微生物处理禽畜粪污，进而通过计算向实际土壤情加入经处理的有机肥以提升土壤固碳潜力。而cn117256286a则通过在滴灌系统中增加射流吸入液态光合菌复合肥模块等制造适于光合菌增殖、土壤固碳的滴灌系统。这几种方法将都指出微生物菌剂是目前土壤固碳的重要途径，但是普遍缺乏针对土壤中广泛存在的噬菌体-宿主协同固碳通路的应用。

4、现有技术存在的主要缺陷是： 现有关于土壤微生物固碳技术多数只混合了部分固碳菌及可培养菌，忽视了菌群或整体微生物群落的作用效果。此外，经由人工强化的功能菌群，在促进土壤固碳过程中菌群自身或其产生的代谢产物可能存在二次生物污染的风险。且人工制备工艺复杂，制备周期较长。而固碳设备研发则普遍存在成本较高且普适性不足的问题。

5、缺陷产生的主要原因有： 虽公认土壤能够作为全球重要碳汇，但近年来人类活动对土壤固碳的影响日益加深，而前期科研人员对土壤微生物群落固碳互作体系的关注和研发相对较少。由于细菌间的竞争关系，向土壤中添加外源固碳功能菌的传统技术易受到土著菌群优势生态位的影响，导致功能固碳菌作用效果与持久性大幅下降。接种固碳菌修复技术中，菌剂发酵、生产、放大工艺流程复杂，成本较高。外源添加土壤添加剂也将对土著菌群造成生存风险，且难以评估长期负面的生态影响。因此添加具备固碳功能的噬菌体，研发非细菌的固碳噬菌体土壤添加剂、提高固碳效率，同时降低生态风险的土壤微生物固碳技术具有重要意义。

技术实现思路

1、解决的技术问题： 发明针对上述现有技术缺陷，提供一种噬菌体组合物及其在强化土壤固碳中的应用。本发明将噬菌体组合物其注入目标土壤，采用噬菌体注入amgs与宿主菌协作的方式强化土壤固碳路径，同时噬菌体具备自下而上调控土壤微生物群落的功能，进一步优化土著细菌共生网络，提高土壤固碳潜力。此技术是一种固碳效果好，价格低廉且绿色友好的环境改良技术。

2、技术方案：一种噬菌体组合物，含有三种噬菌体，所述噬菌体均于2018年08月01日保藏于中国典型培养物保藏中心，分别为攻击肺炎克雷伯氏菌和铜绿假单胞菌的多价噬菌体φyszkp，保藏编号为：cctcc no:m 2018514，分类命名为 klebsiella and pseudomonas  aeruginosa phageφyszkp；蜡样芽胞杆菌噬菌体φyszba1，保藏编号为：cctcc no:m2018517，分类命名为 bacillus cereus phageφyszba1；蜡样芽胞杆菌噬菌体φyszba2，保藏编号为：cctcc no:m 2018518，分类命名为 bacillus cereus phageφyszba2。

3、优选的，上述三种噬菌体在组合物中的浓度比为1:1:1。

4、上述噬菌体组合物的制备方法，包括混合三种噬菌体，使得它们在组合物中的浓度为1:1:1。

5、上述噬菌体组合物在制备强化土壤固碳产品中的应用。

6、上述土壤为白菜、生菜、胡萝卜或朝天椒种植用土壤。

7、强化土壤固碳的土壤改良剂，含有上述噬菌体组合物，以及有助于土壤固碳的生物活性成分。

8、上述生物活性成分包括微生物菌剂、腐植酸、氨基酸或生物炭。

9、上述土壤改良剂的应用，将土壤改良剂注入目标土壤。

10、本发明的工作原理是：1. 噬菌体是一类由蛋白质衣壳（60%）和核酸（40%）组成，无完整成熟细胞结构的细菌病毒，可分为裂解性和溶源性两种；2. 溶源噬菌体可以向细菌体内注入自身遗传物质，影响宿主细菌群落代谢过程。辅助代谢基因 (auxiliary metabolicgenes, amgs) 是存在于噬菌体基因组上的一段基因片段，一般是在噬菌体粒子合成的过程中被随机包装并组装到噬菌体基因组上的基因片段。amgs能够在噬菌体侵染期间通过宿主被表达并发挥关键作用，如中心碳代谢、能量代谢等过程；3. 广谱噬菌体是指可以侵染两个及以上同源性相近的“种”或者不同种属间宿主菌的噬菌体，有利于广泛发挥噬菌体的协同代谢潜力；4. 噬菌体移植技术所选用的噬菌体是根据原位土壤的自然（温度、水分、ph）与非自然（重金属、农药、抗生素）环境条件，该技术所选用噬菌体具备固碳功能的广谱性溶源噬菌体。该噬菌体能够较好融入该地区微生物网络，在最大限度降低生态风险的同时达到较好的噬菌体-宿主协同固碳效果，确保当地微生物生态功能多样性和稳定性；5.噬菌体长度约在20~200μm相当于细菌的几百及上千分之一，因此能够实现在土壤中的广泛迁移，有利于节约施用成本。

11、有益效果： 本发明针对加强土壤固碳的需求，提供了一种噬菌体组合物及其在强化土壤固碳中的应用。其具备的优点有：1. 噬菌体能够通过amgs注入促进宿主固碳过程，有效发挥土壤固碳潜力；2. 溶源噬菌体弱化了传统固碳菌剂中存在的种间竞争问题，从跨界协作角度优化了微生物群落结构；3. 缓冲液制备材料易得，便于储存、方便运输、使用操作简便，且能够有效控制成本。