作者：夏蓉，郑晓璇，叶茂，朱冬，张辉，朱春梧，胡锋，孙明明
单位：南京农业大学资源与环境科学学院；中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室（南京土壤研究所）；中国科学院生态环境研究中心；江苏省农业科学研究院食品质量安全与检测研究所
卷期：《土壤》年第53卷第4期
噬菌体是土壤中广泛定殖、数量繁多、严格依赖宿主存活的一类微小生物体，可将噬菌体分为烈性噬菌体（lyticphage）和溶原性噬菌体（lysogenicphage）。烈性噬菌体将自身DNA注入宿主细胞内，利用宿主的物质与能量，快速进行核酸及蛋白质的复制，并通过裂解细胞释放子代噬菌体。溶原性噬菌体又称为温和噬菌体（temperatephage），在溶原阶段，噬菌体不会迅速增殖及裂解宿主细菌，而是将DNA插入宿主染色体或在染色体外维持且随着宿主DNA一起复制，直到噬菌体被诱导进入烈性生活史的复制周期（图1）。
图1噬菌体溶原裂解阶段示意图
???
微生物将有机质分解为简单无机物并释放出能量，为自身生长代谢使用，最终将大分子有机物分解为CO2，是土壤微生物参与碳循环的重要环节，因此微生物是土壤有效养分的重要源和库。基于噬菌体与宿主的密切联系，噬菌体可通过调控微生物群落组成及丰度或宿主菌基因来对土壤碳元素循环产生影响。而氮素是氨基酸、蛋白质的组成元素，对生命体的构成具有重要意义。固氮作用、硝化作用以及反硝化作用是土壤中微生物参与的重要氮素循环过程，其中涉及的微生物包括菌根真菌、根瘤菌以及硝化细菌和反硝化细菌。同样，可将噬菌体对土壤氮素生物地球化学循环的影响与对宿主菌群落水平和基因水平的作用相对应。土壤有机质中碳氮元素含量之间均存在一定范围内的计量关系（C/N），这一计量关系很大程度上决定了土壤氮循环和碳循环之间存在交互作用，一种元素的转变会对另一元素产生影响。由于氮素是土壤中的限制性元素，供氮效应好的土壤，其固碳能力高。因此，由噬菌体介导的对碳素或氮素循环转化的单一影响，均可能在碳氮交互作用中产生更加深远的意义（图2）。
可将噬菌体与宿主的相互作用在土壤碳氮循环中发挥的重要功能分为两类，即：下行调控（top-downregulation）和上行调控（bottom-upregulation）。首先，噬菌体通过自上而下的机制侵染微生物宿主，改变土壤环境中微生物数量、群落结构以及功能。宿主细胞裂解，内容物释放到环境中，土壤中的其他生物可以利用内容物中营养元素进行新陈代谢，促进养分循环。其次，噬菌体携带辅助代谢基因（auxiliarymetabolicgenes，AMGs），造成自下而上的反馈调控机制。噬菌体促进宿主间基因的水平转移（horizontalgenetransfer，HGT），使宿主菌群获得更加多元的功能基因。AMGs可以在噬菌体感染周期中表达，改变宿主的新陈代谢，进而影响土壤养分元素在生物地球化学循环的效率和周期。
图2噬菌体影响土壤碳氮循环示意图
目前针对土壤噬菌体的认知还不够全面，未来关于噬菌体影响元素化学循环的研究，可以从以下几方面加强：
1）构建并拓展面向阐释噬菌体宿主预测及对应碳氮循环相关功能基因数据库；
2）探究噬菌体影响土壤碳氮循环的分子机制，阐释噬菌体影响土壤养分元素转化的过程；
3）比较不同时间、空间尺度噬菌体对土壤碳氮元素循环的影响，同时比较溶原、烈性噬菌体对碳氮元素转化的效率差异和作用机制，强化RNA类型噬菌体的研究；
4）加强对噬菌体影响碳氮循环程度的定量描述，进一步明确噬菌体在土壤碳氮循环过程中发挥的生态作用。
点击下方阅读原文，下载全文精品文章"土壤健康与绿色发展"专栏"土壤环境与污染修复"专栏水泥厂周边稻田土壤剖面磁学性质及其环境意义
同位素稀释技术在土壤微量元素地球化学活性分析中的应用微生物菌种筛选技术方法研究进展
不同性质农田土壤中铜的可提取性与生物有效性及毒性钒污染土壤生物修复研究进展
玉米和大豆根尖和非根尖部位对Mn(II)的吸附研究
富里酸对红壤酸度的改良及酸化阻控效果
基于CiteSpace可视化分析有机肥料研究进展壳聚糖类有机水溶肥对杭白菊苗期生长影响及其机制研究碳酸钙和根际作用对酸性红壤解磷微生物丰度的影响水旱轮作对土壤微生物群落构建过程的影响机制
遗址土壤的系统分类研究植物多酚与低分子量有机酸联合作用对紫色土铁形态分布的影响
大气CO2浓度升高对矿质元素在水稻中分配及其根际有效性的影响
硫酸根自由基高级氧化技术对污染场地多环芳烃的修复效果研究长期施肥对典型潮土钙、镁形态转化及其环境行为的影响一种基于非损伤微测技术的植物根际Zn2+流活体检测技术木本泥炭对红黄壤性水田土壤有机质提升和细菌群落组成的影响冻融作用对农田黑土有机氮组分的调控效应土壤中砷的来源及迁移释放的影响因素噬菌体疗法在土壤环境系统中靶向灭活致病细菌的研究进展硅对籼稻和粳稻品种磷积累的影响热带亚热带酸性土壤硝化作用与氮淋溶特征亚热带山地草甸土性态的变异及其在中国土壤系统分类中的地位土壤粒度和磁化率特征对绰墩古水稻土成因的指示植物小肽研究进展I：来源、鉴定和调控《土壤》购刊平台
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇