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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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91851204
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    290.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0106.微生物与环境互作
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Wetland riparian zones, the transitional areas between water bodies and upland terrestrial communities, have been globally shown to efficiently intercept runoff and pollutants from upland areas into streams, and play an important role especially in the removal of N pollutants via microbial N-cycle pathways. Due to active N reactions, riparian zones are regarded as hotspots for nitrous oxide (N2O) production in natural environment. The N-cycle is mainly driven by microorganisms, which transform different N compounds through a series of redox reactions. N-cycle studies have been conducted for the last hundred years. However, there is limited knowledge about the complexity of the process involved. This is particularly true for riparian zones due to their high heterogeneity. Novel microbial N cycle processes, such as anaerobic ammonium oxidation (anammox), complete ammonia oxidizers (comammox), nosZ clade II-type denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA), gave us a brand new knowledge of the mechanisms of N cycle and N2O emission. .Financially supported by a series of NSFC funding, our previous investigation found the occurrence of anammox hotspots at land–freshwater interfaces of lake riparian zones in North China, as evidenced by molecular and isotopic tracing technologies. Moreover, with static chambers and control experiments, these anammox hotspot zones showed less N2O emissions flux compared with the tests without anammox biomass during a 12 month testing period. In stark contrast, both polymerase chain reaction (PCR) and 15N tracing screening showed negative results from landward soils, which was only 5 m away from interface hotspots in the riparian zone (reported by Nature Geoscience). Based on our and others’ previous studies on microbial N-cycles in wetland riparian zones, we propose the hypothesis that different N-cycle processes may have distinct spatial-temporal hotspots in riparian zones. .This project aims to explore the mechanisms, hotspots and contribution of the above novel microbial N-cycle processes in riparian zones with special on N2O mitigating, using advanced 15N-18O isotopic tracing, traditional 15N isotopic tracing, high-throughput sequencing and metagenomic technique targeted key functional genes. The results of this project are expected to supplement and revise the theory system of N-cycle in aquatic and wetland ecosystems, therefore has significant influence on global N-cycle balance and N2O flux.
湿地岸边带是陆地与水体之间的过渡区,具有很强的氧化还原梯度,是温室气体N2O释放热区。新型氮循环反应和功能微生物的发现,如厌氧氨氧化、完全硝化、nosZ cladeII型反硝化和硝酸盐异化还原成氨,让我们重新认识氮循环机理,特别是N2O释放机制与环境效应。在自然基金连续资助下,本团队前期发现湖泊岸边带发生显著的厌氧氨氧化反应热区并减排N2O,但仅5米之隔的陆向土壤则不发生反应(成果刊于Nature Geoscience)。由此推测,氮循环过程在岸边带的发生具有明显更迭性和热区异质性,其微生物驱动机制和N2O释放效应值得深入研究。本项目拟采用先进的15N-18O稳定同位素双标记示踪、传统15N单标记示踪和针对关键功能基因的高通量和宏基因等多组学技术,深入研究湿地岸边带新型氮循环过程的发生机制与热区分布,探索N2O减排的环境效应。研究结果将对水生态系统氮循环模式和N2O通量模型计算有重要意义。

结项摘要

湿地岸边带是陆地和淡水生态系统的过渡区,频繁干湿交替使水/土、水/沉积物界面形成了广泛的且周期性更迭的缺氧-好氧界面,具有丰富的氧化还原电位梯度,通常被认为是氮循环转化的活跃区和温室气体N2O的高释放区。随着氮循环微生物中新物种、新过程和新功能的不断发现,对于湿地岸边带系统中氮循环微生物,尤其是新型物种、过程或功能及其区域环境效应的认识,更是尚不清晰。依托本项目支持,团队应用(q)PCR、15N同位素示踪和宏基因/转录组学等技术,研究湿地岸边带系统新型氮循环微生物过程及新型功能基因的发生机制,重点关注厌氧氨氧化(anammox)、完全氨氧化(comammox)和硝酸盐异化还原为铵(DNRA)等过程的活性区域、发生机制、过程效应及其对N2O减排的区域环境效应。

项目成果

期刊论文数量(33)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Nitrate reduction in the reed rhizosphere of a riparian zone: From functional genes to activity and contribution
河岸带芦苇根际硝酸盐减少:从功能基因到活性和贡献
  • DOI:
    10.1016/j.envres.2019.108867
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental Research
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Shanyun Wang;Yanxia Pi;Yingying Jiang;Huawei Pan;Xiaoxia Wang;Xiaomin Wang;Jiemin Zhou;Guibing Zhu
  • 通讯作者:
    Guibing Zhu
Applying constructed wetland-microbial electrochemical system to enhance NH4+ removal at low temperature
应用人工湿地-微生物电化学系统增强低温NH4去除
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2020.138017
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science of The Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Bin Yu;Chunlei Liu;Shanyun Wang;Weidong Wang;Siyan Zhao;Guibing Zhu
  • 通讯作者:
    Guibing Zhu
High N2O reduction potential by denitrification in the nearshore site of a riparian zone
河岸区近岸区域反硝化作用具有高 N2O 还原潜力
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2021.152458
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Science of The Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Siyan Zhao;Xiaomin Wang;Huawei Pan;Yuantao Wang;Guibing Zhu
  • 通讯作者:
    Guibing Zhu
Abundance and functional importance of complete ammonia oxidizers and other nitrifiers in a riparian ecosystem
河岸生态系统中完全氨氧化剂和其他硝化菌的丰富度和功能重要性
  • DOI:
    10.1021/acs.est.0c00915
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Shanyun Wang;Xiaomin Wang;Yingying Jiang;Chang Han;Mike S.M. Jetten;Lorenz Schwark;Guibing Zhu
  • 通讯作者:
    Guibing Zhu
Biogeographic distribution of comammox bacteria in diverse terrestrial habitats
不同陆地生境中comammox细菌的生物地理分布
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2020.137257
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science of The Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Yao Shi;Yingying Jiang;Shanyun Wang;Xiaomin Wang;Guibing Zhu
  • 通讯作者:
    Guibing Zhu

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其他文献

旱地作物根际和非根际土壤硝酸盐异化还原成铵细菌群落组成的研究
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 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
Spatial distribut ion of archaeal and bacterial ammonia oxidizers in the littoral buffer zone of a nitrogen-rich lake
富氮湖泊沿岸缓冲区古菌和细菌氨氧化菌的空间分布
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Evironmental Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    祝贵兵
  • 通讯作者:
    祝贵兵
人工湿地沟壕系统中硝酸盐异化还原成铵细菌群落特征研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王元涛;王晓玲;刘时光;王为东;蒋莹莹;王晓敏;祝贵兵
  • 通讯作者:
    祝贵兵
石臼漾人工湿地冬夏季全程氨氧化微生物的分布、群落结构及其影响因素研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩畅;祝贵兵;宋慧婷
  • 通讯作者:
    宋慧婷

其他文献

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祝贵兵的其他基金

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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  • 项目类别:
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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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