内蒙古锡林郭勒盟高氟地区土壤中矿物分解菌的分布及其对土壤氟迁移转化行为的影响研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41661093
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    38.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0711.污染物环境行为与效应
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Fluorine rich minerals are the primary source of the fluorine in soil and shallow ground water. Kinetics of the fluorine release from the fluorine rich minerals is one of the important factors that determine the concentration of bioavailable or leachable forms of soil fluorine. Physico-chemical mechanisms of the release of fluorine from the minerals have been well characterized. However role of microorganisms in this process is poorly understood. There are plenty of mineral-weathering bacterial in soil and mineral surface. Those microorganisms play an important role in mineral weathering and soil formation process. The weathering mechanisms include oxidoreduction reactions and production of weathering agents, such as organic acids and chelating molecules. Some mineral-weathering bacteria use high valence metal elements instead of oxygen as the terminal electron acceptors for their energetic and metabolic needs. The metal elements in the mineral matrix become unstable and readily soluble after reduced by the microbes. Some microbes weather minerals for nutrient acquisition. Those microbes usually solubilize nutrient elements from minerals by secreting mineral-weathering metabolites. When mineral-weathering bacteria actively solubilize some elements from minerals, co-existing elements in the mineral matrix can also be released. And if those bacteria interact with toxic-element-bearing minerals, there could be a risk of environmental pollution. . Bacterial dissolution of fluorine rich minerals has been reported by several groups. However these studies only concentrated on the release of major elements, releasing character of fluorine was not addressed. How do the mineral-weathering bacteria affect the release of fluorine from different minerals? What are the critical factors that control the biogeochemical cycling of fluorine? What effects do the mineral-weathering bacteria have on the migration and transformation of fluorine in the soils of high fluorine area? The present project is planed to answer these questions. Soil samples will be collected from XiangHuangQi of Xilingol League, a typical high fluorine area in Inner Mongolia. Mineral-weathering bacteria will be isolated from the soil samples and mineral-weathering ability of the isolated bacteria will be tested. Concentration of fluorine and other elements will be monitor during bacteria dissolution of frequently occurring fluorine rich minerals and the interdependence of the released element will be analyzed. Bacteria metabolites will be analyzed for elucidating the mechanism of bioweathering. Isolated mineral-weathering bacteria will be inoculated in the fluorine-rich soils and incubated at constant temperature. Change of fluorine speciation with the incubation time will be analyzed to clarify the effect of mineral-weathering bacteria on the release and transformation of fluorine in the soil matrix. Distribution of mineral-weathering bacteria in soils of the high fluorine area in XiangHuangQi will be accessed and their potential roles in the migration and transformation of fluorine will be evaluated. Present project will make important contribution to the understanding of microbiological roles in migration and transformation of fluorine in soils. The present project is also expected to provide theoretical basis for the development of effective strategies to manage fluorine pollution.
高氟区土壤中的富氟矿物被认为是土壤和浅层地下水氟的重要来源。目前关于氟从富氟矿物中溶出和转化的物理化学机制的研究较为深入。然而对其中的微生物因素却了解不多。土壤和矿物表面存在众多矿物分解菌。这些微生物能够加快元素的溶出和转化速率,促进矿物风化和成土过程。矿物分解菌如何影响氟离子的溶出速率和溶出量,受哪些关键因素的控制,矿物分解菌对高氟区土壤氟的迁移转化行为有何影响。本课题拟针对这些问题展开系统性研究。课题组拟从内蒙古锡林郭勒盟镶黄旗高氟区土壤中分离矿物分解菌,研究这些菌种与富氟矿物的作用过程中氟离子的释放和转化特征,阐述其作用机理和控制因素,并根据矿物分解菌在高氟区不同土壤中的分布,结合土壤理化性质,评价矿物分解菌在高氟地区土壤氟的迁移转化过程中的作用。本研究有助于了解高氟区土壤中氟离子的溶出和转化过程中的微生物因素,有望为土壤和地下水氟污染的控制提供新的思路。

结项摘要

微生物在土壤地球化学元素的迁移转化中起着重要的作用。本课题旨在揭示土壤矿物分解菌对高氟区土壤水溶性氟含量的影响。应用平板涂布法从内蒙古镶黄旗土壤中分离出了225株细菌,测定了这些菌株16S rRNA基因全长序列。根据16S rRNA基因序列,以97%的相似度为阈值,将分离出的225株土壤菌分成了10个操作分类单元(operational taxonomic units,OTUs),从每个操作分类单元内随机选取1株菌作为代表,研究这些菌株的矿物分解潜力。矿物溶解实验结果表明,10株代表性菌均能显著增加黑云母和正长石等常见土壤矿物的溶解性。除此之外,这10株菌在钙沉淀菌选择性培养基(B4培养基)中均表现出了钙沉淀菌的特性,即显著降低培养液中的钙离子浓度,并增加体系pH。将这10株代表性菌接种到土壤中,培养两周后发现,与无菌对照相比,土壤水溶性钾、硅和铝含量无显著性增加。说明这些菌在土壤介质中,对土壤矿物溶解的促进作用不明显。相反,在微生物接种的土壤中钙浓度均有显著降低,其中4株土壤菌还能显著增加土壤pH。与之伴随的是大部分(10株中的8株)代表性土壤菌都显著增加了土壤水溶性氟含量。由于钙离子浓度和pH是影响土壤和地下水中氟离子浓度的重要因素,我们认为相比于微生物的矿物分解作用,该地区土壤微生物的潜在钙沉淀作用可能在土壤氟的释放中起着更为重要的作用。对镶黄旗7个不同采样点的土壤样品进行了16S rRNA基因宏基因组分析。结果表明,这10株代表性菌在该地区有着广泛的分布。这一结果表明微生物在该地区土壤水溶性氟含量的升高中有重要的贡献。该研究为揭示该地区高氟水形成机制提供了新的思路和新的参考,具有重要的科学意义。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
微生物对土壤氟形态分布的影响研究初探[J].,2020,49(06):.
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    乌兰图亚;牛迪;代钢
  • 通讯作者:
    代钢
Fluorite Dissolution by a Phosphate-Solubilizing Bacterium Isolated from Groundwater of Xianghuangqi County, Inner Mongolia, China
内蒙古镶黄旗县地下水中分离的解磷细菌对萤石的溶解
  • DOI:
    10.1080/01490451.2019.1654042
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Geomicrobiology Journal
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Gang Dai;Wen Durige;Xiong Geng;Chao Luomeng;Tatsuo Iwasa
  • 通讯作者:
    Tatsuo Iwasa

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其他文献

内蒙古河套灌区不同盐碱程度的土壤细菌群落多样性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李新;焦燕;代钢;杨铭德;温慧洋
  • 通讯作者:
    温慧洋

其他文献

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代钢的其他基金

钙沉淀菌对碳酸钙沉淀反应动力学的影响规律研究-从另一角度分析高氟地下水的形成机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    42 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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