黄土高原刺槐林恢复对根际异化硝酸盐还原过程的影响及其机制

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基本信息

  • 批准号:
    41807042
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0709.基础土壤学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Soil mineral nitrogen availability is a key factor affecting the stability of vegetation community and plant root systems in fragile ecosystems. Dissimilatory nitrate reduction is a primary microbiological processes associated with retention and loss of mineral nitrogen in soil systems. Hence, aiming at the ecological function stability and sustainable development of Robinia pseudoacacia L. in the Loess Plateau, the project will be executed in the rhizosphere soil under Robinia pseudoacacia L. plantations of different ages. Based on the stable isotope probing, high throughput quantitative PCR, Illumina MiSeq sequencing and Geochip technologies, the potential rates of dissimilatory nitrate reduction and their relative contribution to the retention and loss of mineral nitrogen in Robinia pseudoacacia L. rhizosphere will be quantified. The active expression, temporal dynamics and interaction of active microbial communities associated with dissimilatory nitrate reduction in the rhizosphere microbitat will be clarified. The ecologial correlations between dissimilatory nitrate reduction processes rates and active function gene groups in the rhizosphere microbitat will be revealed. Overall, this work will provide novel insights into the relative contribution of dissimilatory nitrate reduction to the retention and loss of mineral nitrogen and their ecological associations with active microbial communities in Robinia pseudoacacia L. rhizosphere. This study will provide scientific evidences for enhancing the function and provisioning of Robinia pseudoacacia L. plantations in the Loess Plateau and integrated nitrogen nutrient management.
土壤矿质氮有效性是影响脆弱生态系统地上植被群落和地下根系功能稳定的关键因子,而异化硝酸盐还原过程直接影响土壤矿质氮的蓄持与流失。为此,本项目针对黄土高原广泛分布的刺槐林植被的生态功能稳定性与可持续发展,以不同林龄刺槐根际土壤为研究对象,采用15N稳定同位素示踪、高通量荧光定量PCR、Illumina MiSeq测序和基因芯片等技术,量化异化硝酸盐还原过程速率及其对矿质氮蓄持与流失的影响,探明异化硝酸盐还原功能微生物的活性表达量、演变特征及互作关系,解析异化硝酸盐还原过程速率与活性功能基因群之间的生态关联。旨在明确黄土高原刺槐根际异化硝酸盐还原过程对土壤矿质氮蓄持与流失的相对贡献及其与功能微生物的关联机制,为提升黄土高原刺槐林植被生态服务功能以及制定合理的氮素养分平衡管理策略提供科学依据。

结项摘要

土壤矿质氮有效性是影响脆弱生态系统地上植被群落和地下根系功能稳定的关键因子,而异化硝酸盐还原过程直接影响土壤矿质氮的蓄持与流失。为此,本论文从黄土丘陵区不同恢复年限刺槐根区土壤为研究对象,综合稳定同位素和分子生物学技术,研究了退耕地土壤异化硝酸盐还原过程速率、异化硝酸盐还原微生物群落演变特征及关键环境驱动因子、功能基因的表达量及活性表达量,解析了异化硝酸盐还原过程速率与活性功能基因群之间的定量偶联关系。主要结论如下:1)随刺槐恢复年限的增加,异化硝酸盐还原产铵(DNRA)速率逐渐减小;与农田土壤相比,反硝化速率在恢复35年后显著增加,表明刺槐恢复抑制了DNRA过程,促进了反硝化过程。2)随刺槐恢复年限的增加,DNRA过程的功能基因nrfA的表达量逐渐减小,微生物群落的丰富度和多样性显著降低,从而导致DNRA速率减小。微生物群落中的物种主要为Proteobacteria、Sorangium,有机碳和微生物量碳是影响DNRA微生物群落的关键环境因子;反硝化过程的功能基因napA、narG、nirK、nirS、nosZ的活性表达量在刺槐恢复后期显著增加,微生物群落的丰富度显著增加,从而导致反硝化速率显著增加。微生物群落中的物种主要为Proteobacteria、Azospirillum和Pseudogulbenkiania,有机碳、全磷、有效磷和铵态氮是影响微生物群落的关键环境因子。3)综合分析发现:1)DNRA速率与全磷显著正相关,与有机碳、微生物量碳负相关;反硝化速率与有机碳、微生物量碳显著正相关;2)DNRA速率与nrfA基因的表达量和活性表达量、微生物群落的丰富度和多样性指数存在多种偶联机制,DNRA速率因而受制于菌群多样性和功能基因的联合作用;3)基因活性表达量比值nosZ/(nirK+nirS)是预测反硝化速率的关键变量,反硝化速率受限于菌群丰度和nirK、nirS、nosZ功能基因的联合作用。研究结果可为提升黄土高原刺槐林植被生态服务功能以及制定合理的氮素养分平衡管理策略提供科学依据。

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(0)
专利数量(0)
Particular microbial clades rather than total microbial diversity best predict the vertical profile variation in soil multifunctionality in desert ecosystems
特定的微生物进化枝而非微生物总多样性最能预测沙漠生态系统土壤多功能性的垂直剖面变化
  • DOI:
    10.1002/ldr.3873
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    Land Degradation & Development
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Honglei Wang;Fangqin Song;Chun Chen;Lianyan Bu;Gehong Wei;Yingwei Hu;Jing Tian;Yinglong Zhang
  • 通讯作者:
    Yinglong Zhang
Soil available nitrogen and phosphorus affected by functional bacterial community composition and diversity as ecological restoration progressed
随着生态恢复的进展,功能性细菌群落组成和多样性对土壤速效氮和磷的影响
  • DOI:
    10.1002/ldr.3707
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Land Degradation & Development
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Honglei Wang;Lianyan Bu;Fangqin Song;Jing Tian;Gehong Wei
  • 通讯作者:
    Gehong Wei
Distinct abundance patterns of nitrogen functional microbes in desert soil profiles regulate soil nitrogen storage potential along a desertification development gradient
沙漠土壤剖面中氮功能微生物的不同丰度模式沿着荒漠化发展梯度调节土壤氮储存潜力
  • DOI:
    10.1016/j.catena.2020.104716
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Catena
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Lianyan Bu;Ziheng Peng;Jing Tian;Fangqin Song;Gehong Wei;Honglei Wang
  • 通讯作者:
    Honglei Wang
Passive and active ecological restoration strategies for abandoned farmland leads to shifts in potential soil nitrogen loss by denitrification and soil denitrifying microbes
废弃农田的被动和主动生态恢复策略导致反硝化和土壤反硝化微生物潜在土壤氮损失的变化
  • DOI:
    10.1002/ldr.3523
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Land Degradation & Development
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Wang Honglei;Shu Duntao;Liu Dong;Liu Shuang;Den Na;An Shaoshan
  • 通讯作者:
    An Shaoshan

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  • 通讯作者:
    刘丽

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荒漠区紫穗槐与长柄扁桃混交体系土壤氮素空间配置的微生物学机制
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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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