生物电流偶联驱动的水稻土有机碳加速矿化机制

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基本信息

  • 批准号：
    21177030
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    65.0万
  • 负责人：
    庄莉
  • 依托单位：
    广东省科学院生态环境与土壤研究所
  • 学科分类：
    B0605.土壤污染与修复化学
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2015-12-31

项目摘要

土壤有机碳矿化直接影响养分释放、温室气体排放、土壤质量维持等关键过程。有机碳矿化在本质上是微生物驱动的电子供体/受体间的电子转移过程。长期以来，传统土壤呼吸研究集中于宏观层面，在微观机制（尤其是电子供体与受体相互作用）方面少受关注。水稻土作为电子供体（有机碳）与受体（氧气）空间隔离的湿地土壤类型，表水层氧气是否能"长距离"地影响地下有机碳矿化，一直缺乏令人信服的证据。本项目针对水稻土生物化学特性，提出好氧/厌氧界面"天然微生物燃料电池"假说，系统研究水/土界面氧还原与有机碳氧化的响应关系，探讨微生物驱动电子从"有机碳→微生物纳米导电网络→氧气"的长距离（厘米尺度）转移途径，阐明稻田剖面天然导电网络的形成机制及其对有机碳矿化与温室气体产生的影响效应，揭示生物电流偶联的有机碳加速矿化机制。为深入理解农田有机碳矿化机理提供理论基础，为合理管理土壤有机碳库及减排温室气体提供科学依据。

结项摘要

“天然微生物燃料电池”是一种发生在氧化/还原界面的自然现象，其本质是通过微生物驱动电子流动，偶联空间上隔离的氧化还原过程。以水稻土作为电子供体（有机碳）与受体（氧气）空间隔离的典型湿地土壤类型，本项目提出了水稻土好氧/厌氧界面"天然微生物燃料电池"假说，探索微生物驱动电子从"有机碳→微生物纳米导电网络→氧气"的长距离转移途径。依托自主研发的水稻土"天然微生物燃料电池"多种实验平台，系统研究了水/土界面氧还原与有机碳氧化的响应关系，重要研究结果：（1）为提供“天然微生物燃料电池”更多、更直接的有力证据，项目结合地球物理勘测方法，建立了三种监测“天然微生物燃料电池”的新方法，分别是自然电位方法、复电阻方法、微电极以及超声波方法。（2）采用循环伏安法考察阴极/阳极生物膜的催化活性、自然电位法测量水稻土剖面电场强度、微电极技术测定微米尺度土壤剖面 pH-Eh-O2动态、复电阻和超声波检测微生物生长代谢和生物膜过程、扫描电镜观察微生物纳米导电网络的微观形态，解析了水/土界面O2 与有机碳间"长距离"电子转移机制，为水/土界面 “天然微生物燃料电池”的形成提供了直接证据。（3）以乙酸钠作为外加碳源，证实了空间隔离的有机碳氧化反应与还原反应偶联发生的可能性，以及"天然微生物燃料电池"对水稻土有机碳矿化过程的强化效应，并在复杂条件下验证了稻田"天然微生物燃料电池"效应并探讨了形成“天然微生物燃料电池”的重要因素。（4）从“天然微生物燃料电池”中分离鉴定出两株具有电活性的微生物新菌Fontibacter ferrireducens sp. nov.和Thauera humireducens sp. nov.，为深入研究土壤胞外呼吸菌功能基因组、电子转移相关基因表达、代谢网络构建及生物信息学提供菌种资源。项目研究成果为深入理解农田有机碳矿化机理提供理论基础，为合理管理土壤有机碳库及减排温室气体提供科学依据。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Multiple logic gates based on reversible electron transfer of self-organized bacterial biofilm
基于自组织细菌生物膜可逆电子转移的多重逻辑门
  • DOI：
    10.1016/j.elecom.2012.02.004
  • 发表时间：
    2012-01-01
  • 期刊：
    ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    Yuan, Yong;Zhou, Shungui;Kim, Sunghyun
  • 通讯作者：
    Kim, Sunghyun
水溶性有机物电子转移能力及其生态效应
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    生态学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    毕冉;周顺桂;袁田;庄莉;袁勇
  • 通讯作者：
    袁勇
In situ formation of graphene/biofilm composites for enhanced oxygen reduction in biocathode microbial fuel cells
原位形成石墨烯/生物膜复合材料以增强生物阴极微生物燃料电池中的氧还原
  • DOI：
    10.1016/j.elecom.2012.05.010
  • 发表时间：
    2012-07
  • 期刊：
    Electrochemistry Communications
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    Zhuang, Li;Yuan, Yong;Yang, Guiqin;Zhou, Shungui
  • 通讯作者：
    Zhou, Shungui
有“生命”的电线:浅析微生物纳米导线电子传递机制及其应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Progress in Chemistry
  • 影响因子：
    1.3
  • 作者：
    周顺桂;袁勇;王跃强;庄莉
  • 通讯作者：
    庄莉
Live Wire A Review on Electron Transfer Mechanism and Applications of Microbial Nanowires
Live Wire 微生物纳米线电子传递机制及应用综述
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Progress in Chemistry
  • 影响因子：
    1.3
  • 作者：
    王跃强;庄莉;Xu Jielong1,2 Zhou Shungui2 Yuan Yong2 Wang Yueqia;2.Guangdong Institute of Eco-Environmental;Soi
  • 通讯作者：
    Soi

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  • 通讯作者：
    庄莉
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    侯梦迪

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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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