干湿交替条件下土壤厌氧氨氧化反应的发生机制与过程效应

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41671471
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    67.0万
  • 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

For decades, denitrification by heterotrophic bacteria was assumed to be the only pathway for loss of fixed nitrogen to the atmosphere. The discovery of anaerobic ammonium oxidation (anammox) mediated by autotrophic anammox bacteria oxidizing ammonia directly to nitrogen gas (N2) without emission of nitrous oxide (N2O) challenged this view. So far, extensive large-scale occurrence of anammox has been detected responsible for at least 30-50% of the total N turnover in marine ecosystems. However, the significance of anammox process and their roles in terrestrial ecosystems has remained uncertain.. Financially supported by the NSFC funding, our research team has investigated the extensive occurrence and biogeochemical features of anammox in inland waters. We found that anammox was ubiquitous in inland waters, and the biogeochemical and biogeographical parameters such as substrate, temperature and pH were not the limiting factors for anammox occurrence. In our previous studies, polymerase chain reaction (PCR) screening showed negative results from dry soils in the riparian zone. Moreover, anammox has not yet been detected in terrestrial upland soils so far, not only by our team but also by other researchers. More interestingly, we found that after flooding for few months anammox bacteria were detected in each sample of the previous sampling sites in the riparian zone. These results promoted us to apply this project and investigate whether and how the anammox process occurs in upland soils. Based on these results and the principal knowledge on microbial growth factors, we hypothesize that the key limiting factor of the occurrence of anammox is water content in soils.. The project aims to explore the mechanism, distribution and role of anammox in soil under alternate drying-wetting condition by intermittently flooding, and finds out if the large-scale anammox occur in terrestrial upland soil. The results of this project would supplement and revise the theory system of nitrogen cycle in terrestrial ecosystem, therefore has significant influence on global nitrogen cycle balance and flux.
厌氧氨氧化作为一种新型氮循环模式在自然界的发现,显著改变了人们对地球氮循环的认识。目前具有全球效应的厌氧氨氧化仅发现于海洋,其产氮气量占海洋总产量的30-50%;在陆地系统,厌氧氨氧化的发生及贡献量均鲜有报道。在自然基金连续资助下,本研究团队证实厌氧氨氧化在全球尺度的水生态系统广泛存在,且底物、温度、pH值等均非反应发生的限制性因子。而本团队和其他学者在干旱土壤均未检测到该反应发生。为什么旱地土壤不发生厌氧氨氧化值得深入探讨。申请者前期研究发现经一定时间水淹的水陆交错带土壤,均能检测到大量厌氧氨氧化菌的增长。根据微生物生长要素和前期研究,猜测土壤系统厌氧氨氧化反应发生的关键限制因子很可能是土壤中的水含量。本项目计划研究干湿交替条件下土壤厌氧氨氧化反应规律性发生的机制、活性区域和过程效应,探索陆地表层土壤是否存在广泛的厌氧氨氧化过程。研究结果将对陆地系统氮循环模式和通量模型计算有重要影响。

结项摘要

项目组前期研究发现厌氧氨氧化广泛发生在陆地水生态系统,水陆交错带是厌氧氨氧化热区。但厌氧氨氧化在陆地生态系统的分布特征仍然是未知的,陆地土壤亚表层随地下水位变化形成干湿交替区域,猜测此区域可能是厌氧氨氧化的另一个热区,因此项目组通过已构建的同位素示踪和分子生物学技术,综合研究厌氧氨氧化在陆地生态系统的发生机制、过程效应与关键影响因素。.(1)白洋淀湖泊岸边带陆向土壤厌氧氨氧化研究表明,表层土壤未检测到厌氧氨氧化活性,地下水位线以下的含水层土壤中发现较高丰度的厌氧氨氧化细菌,活性范围为0.62-8.78 mmol-Nm-2 d-1,对氮损失的贡献达52.3%,并显著减排N2O。.(2)在高原生态系统中发现零星存在厌氧氨氧化过程,厌氧氨氧化菌群丰度及活性均较低,厌氧氨氧化对氮损失贡献为5.5%-17.4%,反硝化仍是主要的氮损失过程(82.6%-94.5%)。菌群结构解析表明,Candidatus Brocadia , Candidatus Jettenia 和 Candidatus Kuenenia是高原生态系统厌氧氨氧化的主要菌属。.(3)在全球陆地生态系统中发现亚表层饱和土壤存在广泛的厌氧氨氧化热层,地下水位线以下的饱和土壤发生显著的厌氧氨氧化反应,对氮损失贡献为36.8%-79.5%。.(4)厌氧氨氧化活性分布与反应底物浓度、环境因子等多种因素有关,研究发现水是激活厌氧氨氧化菌的关键因素,加水3个月可复苏厌氧氨氧化菌,水诱导硝酸盐还原,为厌氧氨氧化提供了电子受体与能量。另外,水的干湿交替驱动了土壤氧化还原电位变化,促进了厌氧氨氧化的发生。.(5)嘉兴石臼漾人工湿地验证了干湿交替界面引起的氮循环热区效应,小沟岸边带系统不仅是厌氧氨氧化的热区,还是各个氮循环过程的热区,同时达到温室气体N2O减排的效果。.陆地生态系统厌氧氨氧化活性区域的新发现,以亚硝酸盐为枢纽的氮循环内在机制的解析,扩展了人们对厌氧氨氧化作用的认识;亚表层饱和土壤中厌氧氨氧化热层的发现将显著影响氮通量计算模式,为治理地下水氮污染、调控N2O释放途径、维持氮素动态平衡提供了新思路。

项目成果

期刊论文数量(42)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
High contribution of ammonia-oxidizing archaea (AOA) to ammonia oxidation related to a potential active AOA species in various arable land soils
氨氧化古菌 (AOA) 对氨氧化的高度贡献与各种耕地土壤中潜在的活性 AOA 物种有关
  • DOI:
    10.1007/s11368-018-2108-y
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Journal of Soils and Sediments
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Mengzi Wang;Shanyun Wang;Xien Long;Linjie Zhuang;Xue Zhao;Zhongjun Jia;Guibing Zhu
  • 通讯作者:
    Guibing Zhu
陆地和淡水生态系统新型微生物氮循环研究进展
  • DOI:
    10.13343/j.cnki.wsxb.20200334
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    祝贵兵
  • 通讯作者:
    祝贵兵
Dissimilatory nitrate/nitrite reduction to ammonium (DNRA) pathway dominates nitrate reduction processes in rhizosphere and non-rhizosphere of four fertilized farmland soil
硝酸盐/亚硝酸盐异化还原铵(DNRA)途径主导四种施肥农田土壤根际和非根际硝酸盐还原过程
  • DOI:
    10.1016/j.envres.2020.109612
  • 发表时间:
    2020-07-01
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL RESEARCH
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Pan, Huawei;Qin, Yu;Zhu, Guibing
  • 通讯作者:
    Zhu, Guibing
巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究
  • DOI:
    10.13671/j.hjkxxb.2019.0428
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋莹莹;潘晶;王晓敏;王元涛;刘时光;周杰民;祝贵兵;刘春雷;王为东
  • 通讯作者:
    王为东
稻田土壤氧化亚氮产生潜势、反硝化功能基因丰度和群落结构的垂向分布
  • DOI:
    10.13671/j.hjkxxb.2019.0429
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘时光;王晓玲;王元涛;王晓敏;宋以萍;蒋莹莹;祝贵兵
  • 通讯作者:
    祝贵兵

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其他文献

白洋淀流域岸边带土壤全程氨氧化菌的分布特征及其生态网络研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余杰;李祎飞;王衫允;祝贵兵
  • 通讯作者:
    祝贵兵
青藏高原不同海拔梯度厌氧氨氧化细菌丰度及其生物多样性空间分布
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    祝贵兵;夏超;庄林杰;刘小雷
  • 通讯作者:
    刘小雷
稻田土壤反硝化厌氧甲烷氧化菌的时空分布与群落结构分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    祝贵兵;周磊榴;邹雨璇;王春荣
  • 通讯作者:
    王春荣
应用分子生物学与同位素失踪技术研究厌氧氨氧化菌活性及功效
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶磊;祝贵兵;伦中财;王朝旭;王衫允;冯晓娟;尹澄清
  • 通讯作者:
    尹澄清
再生水回用于景观水体磷营养盐对叶绿素a和藻密度的影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    给水排水
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李谦;祝贵兵;伦中财;王明智;范改娜;杨英杰
  • 通讯作者:
    杨英杰

其他文献

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祝贵兵的其他基金

湿地岸边带新型微生物氮循环过程的发生机制、热区分布及氧化亚氮减排的环境效应
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    91851204
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
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陆地生物圈底部厌氧氨氧化反应的规律性分布与过程效应
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河流岸边带厌氧氨氧化反应的热区分布与过程效应
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    20877086
  • 批准年份:
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AI项目解读示例

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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