南海氨氧化与亚硝酸盐氧化功能群的耦联关系及其所介导的碳氮耦合过程研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41676125
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0604.生物海洋学与海洋生物资源
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Nitrogen, in the bioavailable forms of ammonium and nitrate, is one of the key nutrients in marine waters and may limit primary production especially in coastal systems. Most of the fixed organic nitrogen in the ocean is converted to nitrate by remineralization consisting of ammonification and nitrification. In the two-step process of nitrification, ammonia is oxidized first to nitrite by aerobic ammonia-oxidizing microorganisms and then to nitrate by aerobic nitrite-oxidizing microorganisms. Ammonia-oxidizing Archaea (AOA) are now recognized as major contributors to oceanic nitrification. These AOA are numerically abundant, especially in the deep sea. Despite these new insights, fundamental questions about the marine nitrogen cycle remain open. For example, little is known about nitrite oxidation and nitrite oxidizers in the ocean. Different coupling relationship between ammonia oxidizers and nitrite oxidizers among variant water masses or niches need to be studied for a better understanding of nitrification and distribution of inorganic nitrogen species in the ocean. In addition, nitrifiers are autotrophs, fixing CO2 using ammonia or nitrite as the energy source. Hence they contribute to a significant part of the dark primary production, in particular, in deep waters. This project is focusing on the two coupling relationships: between ammonia oxidizers and nitrite oxidizers; between nitrification and carbon fixation. By comparing different coupling or decoupling relationships among different water masses or niches in the South China Sea, this project, from perspective of marine microbial ecology and molecular ecology, will try to resolve how couplings control nitrification and distribution of inorganic nitrogen species in the ocean and nitrifiers’ stoichiometric impact on both C and N cycles. Overall, this project will make some breakthroughs in theory and methodology.
硝酸盐是海洋中最丰富的生物可利用无机氮,其形成主要是通过硝化作用。作为硝化过程的第一步,氨氧化过程被普遍认为是限速步骤而被长期关注;而亚硝酸盐的氧化过程一直被人们所忽略,研究甚少。硝化作用中这两个过程的耦联在不同水团及水柱的垂直梯度上具备不同的特征以及不同的生态学意义;此外,氨氧化和亚硝酸盐氧化菌均是自养微生物,因此,海洋中广泛分布的硝化微生物的代谢活性势必形成不可忽略的初级生产力组分,尤其是在深海。本项目聚焦于两个耦联关系—氨氧化与亚硝酸盐氧化功能群的耦联关系、硝化过程与固碳过程的耦合关系,从海洋微生物生态学和分子生态学研究水平,在海洋生态系统不同生境(如光区、弱光区、溶氧最底层、深海;河口区、陆架区、寡营养海区;以及微小生境,如颗粒物)之间,对不同硝化微生物种群而导致的不同的耦联关系进行解析,探讨不同的耦联关系如何控制了海洋硝化过程及氮营养盐的分布,以及对海洋C、N循环化学计量的影响。

结项摘要

海洋是地球上最大的氮储库,硝化作用是海洋中最重要的氮循环过程之一,其形成的硝酸盐是海洋中最丰富的生物可利用无机氮。氨氧化和亚硝酸盐氧化功能群所介导的两步硝化过程是实现光能传递到深海被再利用的重要途径,为深海生物圈提供了“新”的有机质,同时积累硝氮。本项目重点解析了两个耦联关系——氨氧化与亚硝酸盐氧化功能群的耦联关系、硝化过程与固碳过程的耦合关系,取得了一系列突破性进展成果。首次在南海及邻近西太平洋海域阐明了主要固氮类群的生物地理学分布及其控制机制。自河口、近岸、外海至深海,开展了碳−氮过程耦合研究,阐明了AOB主导的(尤其在大颗粒物上)硝化作用是珠江口上游氧化亚氮释放的主要来源;填补了中国边缘海及邻近洋区NOB结构和活性研究的空白,表明了AOB和Nitrospira(NOB)在珠江口是硝化速率的主要贡献者,而AOA和Nitrospina(NOB)则是海盆区的主要优势类群,阐释了水团特征因子、营养盐底物浓度及影响底物可得性的环境因子可能是影响河口硝化过程的重要因素;阐明了AOA和NOB在单细胞水平的碳−氮计量学关系,建立了深海硝化速率、固碳速率、硝化类群生物量、生长率及营养盐浓度之间的动态耦合模型,重新估算了全球海洋的黑暗固碳量,即量化了硝化过程对深海生物圈及全球海洋碳循环的贡献和影响。首次定量了陆架侧向输运的颗粒物对深海碳需求的显著贡献,填补了边缘海深海碳供需不平衡的缺口,揭示了侧向传输过程对深海碳、氮生物地球化学循环的重要影响以及对海洋储碳的重要意义。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(5)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Differential incorporation of one-carbon substrates among microbial populations identified by stable isotope probing from the estuary to South China Sea.
通过稳定同位素探测从河口到南海确定的微生物种群中一碳底物的差异掺入
  • DOI:
    10.1038/s41598-018-33497-6
  • 发表时间:
    2018-10-18
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Deng W;Peng L;Jiao N;Zhang Y
  • 通讯作者:
    Zhang Y
Genomic Characteristics and Potential Metabolic Adaptations of Hadal Trench Roseobacter and Alteromonas Bacteria Based on Single-Cell Genomics Analyses
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  • DOI:
    10.3389/fmicb.2020.01739
  • 发表时间:
    2020-07-24
  • 期刊:
    FRONTIERS IN MICROBIOLOGY
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chen, Mingming;Song, Yu;Zhang, Yao
  • 通讯作者:
    Zhang, Yao
Biogeographic drivers of diazotrophs in the western Pacific Ocean
西太平洋固氮生物的生物地理驱动因素
  • DOI:
    10.1002/lno.11123
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    LIMNOLOGY AND OCEANOGRAPHY
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Chen, Mingming;Lu, Yangyang;Zhang, Yao
  • 通讯作者:
    Zhang, Yao
Major role of ammonia-oxidizing bacteria in N2O production in the Pearl River estuary
珠江口氨氧化细菌在N2O产生中的主要作用
  • DOI:
    10.5194/bg-16-4765-2019
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    Biogeosciences
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Li Ma;Hua Lin;Xiabing Xie;Minhan Dai;Yao Zhang
  • 通讯作者:
    Yao Zhang
Coupled Carbon, Sulfur, and Nitrogen Cycles Mediated by Microorganisms in the Water Column of a Shallow-Water Hydrothermal Ecosystem
浅水热液生态系统水体中微生物介导的耦合碳、硫和氮循环
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2018.02718
  • 发表时间:
    2018-11-13
  • 期刊:
    FRONTIERS IN MICROBIOLOGY
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Li, Yufang;Tang, Kai;Zhang, Yao
  • 通讯作者:
    Zhang, Yao

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  • 期刊:
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  • 作者:
    马长利;伍灵慧;张瑶;袁野;吕晓睿;郑阳恒;何康林;李卫东;刘怀民;马秋梅
  • 通讯作者:
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张瑶的其他基金

深海生物圈能量来源、微生物碳需求及代谢策略
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AI项目解读示例

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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