苏打碱土有机质的结构特征及其转化的微生物驱动机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41907090
  • 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:
    D0710.土壤侵蚀与土壤肥力
  • 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

Strong alkalinity is the main obstruction factor of saline-sodic soil, however, the soil also features low content of soil organic matter (SOM), which severely limits the production potential of crops. Addition of organic materials can improve soil organic matter, and the chemical natures of SOM predicts its quality. However, it is unclear the dynamics of carbon and nitrogen and the structural changes of organic matter in saline-sodic soil along a sodicity gradient, especially in an extreme saline-sodic soil. More specifically, the fate of organic matter addition and the microbial mechanism underlying the transformation of soil organic matter are largely unknown. In this study, using advanced nuclear magnetic resonance including multiCP/MAS and dipolar dephasing as well as fluorescence excitation emission matrices–parallel factor analysis, we will investigate the structural natures of organic matter in different saline-sodic soil in Songnen Plain and their changes during the laboratory incubation with straw amendment. The organic matter includes whole soil organic matter, organic matter in different wet-sieved aggregates, water extractable organic matter, i.e., dissolve organic matter, and humic extracts (humic substances). We will also focus on the changes of microbial community structure and biodiversity during laboratory incubation with 13C and 15N labeled straw amendment combined with or without inoculation with different soil microorganisms, using 16S high-throughput sequencing technique. Fate of carbon and nitrogen derived from the straw in the saline-sodic soil will be traced. In addition, the coupling relationships of the structure of soil organic matter and that of microbial community will be studied, on the basis of the mechanisms of sodicity affecting chemical natures of soil organic matter and microbial mechanisms driving the straw decomposition in saline-sodic soil. The results obtained from the study will provide the theoretical basis for promotion of organic matter in saline-sodic soil.
苏打盐碱土的主要障碍因子除了强碱性外,有机质含量低下也是导致其生产力低下的主要因素。施用外源有机物料是提升土壤有机质的重要措施,而有机质结构特征是其质量的重要指标。然而外源碳氮在不同碱化梯度土壤中的定量分配特征和有机质结构的变化特征以及导致上述变化的微生物机制尚不明确。本项目拟利用multiCP/MAS和偶极相移等高级13C核磁共振技术及三维荧光光谱-平行因子分析法,从团聚体分级(湿筛法)和化学分组(水和碱液提取)角度立体式研究松嫩平原原位不同碱化梯度土壤及秸秆培育期间碱土有机质结构的变化规律;利用13C-15N标记和高通量测序技术,研究外源秸秆添加和外源微生物接种培育对碱土微生物群落结构和多样性的影响,同时考虑外源碳氮在有机质组分中的分配和转化特征;系统阐述碱度梯度下有机质结构的演变规律、秸秆分解的微生物驱动机理以及有机质-微生物之间的偶联机制。研究结果为苏打碱土有机质提升提供理论依据。

结项摘要

土壤有机质含量的提升和微生物活性的增强对于提高盐渍土生产力具有重要意义。施用外源有机物料是提升土壤有机质的重要措施。然而盐渍条件下微生物群落如何构建,以及微生物在外源物料介导的盐渍土有机质周转中如何响应尚不明确。本项目从盐渍土基本理化性质、土壤微生物群落结构和建群机制、外源有机碳在盐渍土中的转化及其微生物机制,深入研究了盐渍土中有机碳动态变化规律及其机制。结果发现,在盐渍土剖面上土壤性质发生分异,主要为盐碱程度随深度增加而降低,同时土壤有机质组分(土壤有机碳、可溶性有机碳和微生物生物量碳)和养分(全氮、速效氮和速效磷)随深度增加而递减。尽管大多数(79.4~89.2%)OTU在整个土壤剖面上共同分布,但土壤性质的差异也塑造了表层和底层相对独特的物种。亚表层(20~40 cm)担当着调节阀的角色,控制着表层微生物向更深处的扩散。整个剖面上的盐渍土微生物群落结构主要受随机性过程(87.0~92.6%)控制。进一步,向盐渍土中添加外源秸秆碳可增加CO2释放量,引起正向激发效应。其中55.1~66.5%的秸秆碳都矿化为CO2,4.5~5.4%的秸秆碳同化为微生物生物量,最多只有4.48~5.41%的秸秆碳残留在土壤中。培育初期盐渍土中微生物对秸秆添加的响应不如非盐渍土明显,但随培养时间增加则更加活跃,其富集属数量逐渐增加。培育过程中不断溶解的可溶性有机碳可作为微生物利用的底物。微生物优先利用底物中的烷氧碳等相对易分解组分导致DOC芳香性结构更高。盐渍土中的土著耐盐微生物KSA1既可能参与了秸秆的分解,也影响了激发效应。研究结果证明了外源有机物料进入盐渍土后可被土著耐盐微生物利用,为外源物料提升盐渍土肥力提供了理论依据。

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(0)
专利数量(1)
黄河三角洲不同生境土壤理化特性及细菌群落结构特征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴桐桐;徐基胜;周云鹏;陈美淇;周谈坛;郭伟;陈金林;赵炳梓
  • 通讯作者:
    赵炳梓
Bacterial community composition and assembly along a natural sodicity/salinity gradient in surface and subsurface soils
表层和地下土壤中沿自然碱度/盐度梯度的细菌群落组成和组装
  • DOI:
    10.1016/j.apsoil.2020.103731
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Soil Ecology
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Xu Jisheng;Gao Wei;Zhao Bingzi;Chen Meiqi;Ma Lei;Jia Zhongjun;Zhang Jiabao
  • 通讯作者:
    Zhang Jiabao

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其他文献

长期稻草还田对胡敏酸化学结构的影响 ——高级 13C NMR 研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐基胜;赵炳梓;张佳宝
  • 通讯作者:
    张佳宝

其他文献

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基于益生菌激发的盐渍土有机质定向提升机制
  • 批准号:
    42277347
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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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