腐殖质促进水稻土砷还原的化学与微生物机制

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基本信息

  • 批准号:
    41907038
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0709.基础土壤学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Organic matter is a key factor controlling arsenic reduction and release from anoxic paddy soils. Humic substances (HS) constitute a major fraction of soil organic matter, which are also important redox-active compounds in nature. However, the effect and mechanism of HS on arsenic reduction in paddy soil are still unclear. In this project, anaerobic microcosms were set up with the typical arsenic-contaminated paddy soils in China and amendments of three extracted paddy soil humic fractions (i.e., fulvic acid, humic acid, and humin) to investigate the chemical and microbial mechanism of arsenic reduction in paddy soil. By determining the reaction kinetics of chemical (reduced humic substances) and microbial arsenic reduction facilitated by HS, the reaction-kinetic model was then established to quantify the relative contribution of chemical and microbial process to arsenic reduction and to reveal the underling relationship between the important chemical properties of HS and arsenic reduction. Furthermore, the extracted humic fractions were used as the sole substrate to enrich the dominant arsenic-reducing microorganisms following repeated subculturing. A metatranscriptomic approach was then used to identify the functional microbes and reveal the molecular mechanism of arsenic reduction in paddy soil. The innovation for this project is to elucidate the scientific links between HS and arsenic reduction in paddy soil in the perspective of the coupling of arsenic and HS cycles. We expect that the results of this study can provide a theoretical basis for the directed regulation of arsenic pollution in rice paddy field in China.
有机质是控制厌氧水稻土中砷还原释放的主要因素。腐殖质是土壤有机质的主要组分,也是自然界中重要的氧化还原活性物种。然而,有关腐殖质对水稻土砷还原过程的影响和具体机制尚不明确。本项目以我国典型砷污染稻田土壤为研究对象,提取水稻土腐殖质的不同组分富里酸、腐殖酸和胡敏素,建立厌氧微宇宙模拟体系,探讨了腐殖质影响稻田砷还原的化学与微生物机制。通过测定稻田土壤腐殖质的化学(还原态腐殖质)与微生物砷还原反应动力学,建立体系的反应动力学模型,定量评估化学与微生物过程对砷还原的贡献,揭示腐殖质关键化学性质与砷还原之间的内在联系;进一步以腐殖质为唯一底物,多次富集培养和驯化,获得优势砷还原功能菌群,采用宏转录组学技术揭示腐殖质促进稻田砷还原的关键功能微生物及还原机制。其创新性在于从砷循环与腐殖质循环耦合的视角,深入阐明水稻土腐殖质与砷还原转化间的科学本质。可为我国稻田砷污染过程的定向调控提供理论依据。

结项摘要

有机质是调控厌氧水稻土中砷还原释放的关键因素,腐殖质是土壤有机质的重要组分。然而,有关腐殖质对水稻土砷还原过程的影响与分子机制尚不明确。本项目首先以我国华南地区典型砷污染稻田土壤为研究对象,建立水稻土-腐殖质厌氧微宇宙体系比较分析了不同来源腐殖酸(HA),包括植物来源腐殖酸(JHA),腐殖酸钠盐(aHA)及泥炭土壤提取的腐殖酸(PHA)对淹水稻田微生物砷还原转化的影响。表明添加腐殖酸主要提高异化砷还原基因(arrA)丰度进而促进稻田土壤微生物砷还原;后续研究中我们以土壤提取腐殖酸PHA为研究对象,利用稳定同位素探针技术(SIP)结合宏基因组测序解析腐殖质作用下代谢活性异化砷还原微生物的物种多样性及代谢机制。主要发现为:1)添加HA富集的具有代谢活性的异化砷还原微生物主要为芽孢杆菌(Bacillus)、短芽孢杆菌(Brevibacillus)、脱亚硫酸菌(Desulfitobacterium)、梭菌纲(Clostridia)以及酸杆菌门(Acidobacteria)的类群;2)添加HA提高代谢活性异化砷还原微生物基因组中arrA基因丰度;3)酸杆菌门(Acidobacteria)和梭菌纲(Clostridia)微生物类群基因组中检测到与电子传递pcc和mtr系统相关的基因丰度较高;最后我们通过添加腐殖质对水稻土中潜在砷还原微生物类群富集驯化,进而借助组学技术对不同腐殖质组分驯化体系中砷还原微生物多样性、群落组成及代谢机制进行深入解析。表明与16S rDNA群落解析相比,16S rRNA更能反映土壤复杂体系微生物群落变化。RNA水平上富集的潜在活性砷代谢微生物类群为AKIW659、Candidatus_Solibacter和厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter),芽孢杆菌属(Bacillus)和固氮弧菌属(Azoarcus),其相对丰度总和占总细菌的40-60%。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
Bacterial Communities and Functional Genes Stimulated During Anaerobic Arsenite Oxidation and Nitrate Reduction in a Paddy Soil
水稻土厌氧亚砷酸盐氧化和硝酸盐还原过程中刺激的细菌群落和功能基因
  • DOI:
    10.1021/acs.est.9b04308
  • 发表时间:
    2020-02-18
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Li, Xiaomin;Qiao, Jiangtao;Hu, Min
  • 通讯作者:
    Hu, Min
Insight into universality and characteristics of nitrate reduction coupled with arsenic oxidation in different paddy soils
不同水稻土硝酸盐还原与砷氧化耦合的普遍性和特征
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2022.161342
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Science of The Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Mi Feng;Yanhong Du;Xiaomin Li;Fangbai Li;Jiangtao Qiao;Gongning Chen;Yingmei Huang
  • 通讯作者:
    Yingmei Huang
Humic acid controls cadmium stabilization during Fe(II)-induced lepidocrocite transformation
腐殖酸在 Fe(II) 诱导纤铁矿转化过程中控制镉的稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2022.160624
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Science of The Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Hongling Bu;Qinkai Lei;Hui Tong;Chengshuai Liu;Shujie Hu;Wenpo Xu;Yujie Wang;Manjia Chen;Jiangtao Qiao
  • 通讯作者:
    Jiangtao Qiao

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    邱艳玲
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  • 通讯作者:
    郭荣波

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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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