海洋中无色溶解有机物的光敏及生物降解的研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41376081
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    79.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0602.海洋化学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The ocean harbors an enormous stock of dissolved organic matter (DOM) whose carbon component (i.e. dissolved organic carbon, DOC) is comparable to the atmospheric CO2 inventory. DOM can be divided into two classes: the colored DOM (CDOM), which absorbs ultra-violet (UV) and visible light, and the transparent (i.e. colorless) DOM (TDOM), which absorbs no light. CDOM is often the dominant fraction of vascular plant-originated (i.e. terrigenous) DOM while phytoplankton-derived DOM in freshwater and marine systems is mainly composed of TDOM. Terrigenous CDOM is generally resistant to biodegradation but is photochemically reactive. While the color of CDOM can be completely photobleached, only part of it can be photochemically mineralized and the rest (ca. 20-70%) is transformed to TDOM. TDOM is partially labile and thus can be degraded by microbes; a significant portion of TDOM is, however, refractory to biodegradation. Moreover, microbes can convert certain labile TDOM into refractory TDOM. TDOM cannot be directly photochemically degraded but in principle can be so in the presence of photosensitizers. The preferentially photochemical removal of CDOM reduces the color and enriches the 13C abundance of terrigenous DOM, making its optical properties and 13C isotopic compositions more resemble those of marine DOM. Consequently, it entails potentially large uncertainties to use optical and isotopic signatures as the tracers of terrigenous DOM in the ocean. Notwithstanding CDOM photooxidation has drawn much attention over the last several decades, photosensitized degradation of TDOM, potentially a large sink of DOM, remains essentially untouched. Biodegradation of DOM has also been extensively explored but its rates have been usually measured in dark incubations, though it is well recognized that solar UV affects microbial activity. The objectives of this project are aimed 1) to quantify the potential of photosensitized mineralization of TDOM; 2) to quantify the potential of microbial mineralization of TDOM in the presence of solar radiation with various spectral quality; 3) to evaluate the impact of photosensitized and microbial degradation of TDOM on organic carbon cycling in natural waters; 4) to assess the implication of photosensitized and microbial degradation of TDOM for the fate of terrigenous DOM in the ocean. To realize these objectives, water samples containing CDOM from contrasting origins (terrigenous, marine, and mixture of terrigenous and marine) will be completely photobleached to TDOM. The obtained TDOM will then be subjected to long-term (months to a year) solar-simulated irradiation with and without the presence of heterotrophic bacteria to evaluate the microbial and photosensitized degradation potentials of TDOM. This research has the potential of leading to groundbreaking advances in understanding organic carbon cycling in natural waters and in better constraining the fate of terrigenous DOM in the ocean.
海水中溶解有机物DOM的生物地球化学循环在全球碳循环中起到至关重要的作用。其中无色溶解有机物(TDOM)的光敏降解有可能是DOM潜在的一个重要的汇,但至今未见报道;同时,以往微生物对TDOM的降解多在黑暗中进行培养,而太阳紫外辐射对微生物降解TDOM的影响及其相互作用还知之甚少。另外,由于陆源的DOM光降解后在TDOM中富集了13C的含量,使得利用13C同位素作为海洋中陆源DOM的示踪剂带有较大的不确定性。陆源DOM在海洋中的最终去向,成为深入研究海洋碳循环的重要环节。 本课题拟以不同来源的TDOM水样为研究对象,量化TDOM的光敏矿化潜力;量化太阳辐射对微生物矿化TDOM的影响;评估微生物和光敏矿化在TDOM的降解过程中的相对贡献及相互作用;阐明光敏和微生物降解TDOM对海洋中陆源DOM归宿的意义。从而解决陆源DOM在海洋中的去向这一难题,为全球碳循环提供新的理论依据及信息平台。

结项摘要

本项目以实验室与现场结合的方式,主要进行了光敏剂稳定性测试、无色溶解有机碳(TDOC)相对含量推算、无色溶解有机物(TDOM)光化学与微生物降解动力学及其相互作用机制、长江口溶解有机物(DOM)光化学降解随温度、盐度和pH的变化以及光降解表观量子产率等研究工作。.研究结果表明,硝酸盐(NO3-)是一种合适的光敏剂,当NO3-浓度达到50 mol L-1时,能够显著催化降解有色溶解有机物(CDOM)和TDOM,而当NO3-浓度为200 mol L-1时,NO3-对TDOM(同TDOC)的催化效率达到最高值。这一结果也进一步揭示,目前以陆源为主的河口和陆架海区DOM光化学活性结果显著受到NO3-的影响,值得今后开展重构其与海源DOM相对活性的研究。在本项目资助下,还分别于2014年和2016年夏季分别对表层、叶绿素最大层和底层海水中DOM进行了光化学与微生物降解现场培养。培养结果表明,光化学过程主要引起CDOM降解,而微生物既可以摄食CDOM,又能摄食部分TDOM,因此当光化学过程和微生物过程同时存在时,二者存在复杂的相互作用,既相互促进又相互竞争,而在这一过程中,TDOM分解速率显著提高。此外,通过实验结果计算得到的TDOC相对含量在富里酸(代表陆源DOM)中最低,在外海海水(代表海源DOM)中较高,而在陆架海区处于中间值。在长江口,温度和pH能够显著影响CDOM光漂泊速率,而盐度的效应可以忽略不计;在长江口及邻近海域,CDOM光漂白速率约为DOC光降解速率的10倍。.本项目的研究结果,将有助于我们从全新的视角进一步了解海洋碳循环机制,尤其是海洋DOM降解方面,主要包括如下四点:1)在光敏剂催化和微生物作用下,TDOM可以同CDOM一样被分解;2)在河口和陆架海区,NO3-含量丰富,大大提高了DOM光化学降解速率;3)天然水体中,光化学过程和微生物摄食二者存在复杂的相互作用;4)在温带河口和陆架海区,环境因子效应导致DOM光降解具有显著的空间和季节变化。

项目成果

期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
长江口溶解有机物光漂白和光矿化表观量子产率
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    海洋学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙欣;宋贵生;Xie Huixiang
  • 通讯作者:
    Xie Huixiang
Spectral efficiencies of carbon monoxide photoproduction from particulate and dissolved organic matter in laboratory cultures of Arctic sea ice algae
北极海冰藻类实验室培养物中颗粒物和溶解有机物光产生一氧化碳的光谱效率
  • DOI:
    10.1016/j.marchem.2017.02.002
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    MARINE CHEMISTRY
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Song Guisheng;Xie Huixiang
  • 通讯作者:
    Xie Huixiang
2014年夏季长江口有色溶解有机物(CDOM)的分布、光学特性及其来源探究
  • DOI:
    10.11693/hyhz20140900251
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    海洋与湖沼
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李奕洁;宋贵生;胡素征;谢会祥
  • 通讯作者:
    谢会祥
Distribution and spectral characteristics of chromophoric dissolved organic matter in a coastal bay in northern China
我国北方沿海海湾有色溶解有机物分布及光谱特征
  • DOI:
    10.1016/j.jes.2014.05.025
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Environmental Sciences-China
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Guiju;Liu Jing;Ma Yulan;Zhao Ruihua;Hu Suzheng;Li Yijie;Wei Hao;Xie Huixiang
  • 通讯作者:
    Xie Huixiang
Photobleaching of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in the Yangtze River estuary: kinetics and effects of temperature, pH, and salinity
长江口有色溶解有机物 (CDOM) 的光漂白:动力学以及温度、pH 和盐度的影响
  • DOI:
    10.1039/c6em00682e
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE-PROCESSES & IMPACTS
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Song Guisheng;Li Yijie;Hu Suzheng;Li Guiju;Zhao Ruihua;Sun Xin;Xie Huixiang
  • 通讯作者:
    Xie Huixiang

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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

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          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]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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