河流岸边带厌氧氨氧化反应的热区分布与过程效应

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基本信息

  • 批准号：
    21077119
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    38.0万
  • 负责人：
    祝贵兵
  • 依托单位：
    中国科学院生态环境研究中心
  • 学科分类：
    B0604.水污染与控制化学
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

人类活动的日益加剧已严重破坏氮循环平衡，导致氮素水污染、N2O大量排放。厌氧氨氧化是由厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体将氨氮直接氧化为氮气，避免N2O产生并完成封闭氮循环，因此成为生物脱氮和氮循环领域的国际研究亮点。目前对于自然界厌氧氨氧化的研究多集中于海洋，但其作用机制和关键影响因素尚未知，只是认识到主要发生于不同介质交互区，特别是洋流交汇缺氧海域。陆地生态系统则很少报道。本项目计划以不同氮化合物在水陆交错带中的通量和水流交互为依据，研究厌氧氨氧化反应在河流岸边和近岸地下水中的分布及其生物地球化学特征，探索陆地水生态系统厌氧氨氧化反应的热区分布；重点研究河流岸边带厌氧氨氧化反应的发生机制、产生量与关键影响因素的关系，并辅助模拟试验进行机理定量化测定，研究厌氧氨氧化在区域氮循环中的环境效应。本项目预期成果将对陆地氮循环理论体系进行补充，有重要的科学意义，也为河流污染治理提供新思路。

结项摘要

（1）发现陆地水生态系统厌氧氨氧化反应的热区及对N2O减排的热区效应. 根据厌氧氨氧化的反应底物以及岸边带的生物地球化学特征和景观异质性特点，在研究组多年岸边带研究的基础上，提出假设：湖泊岸边带很可能是厌氧氨氧化反应的热区。首先在白洋淀一处典型岸边带系统进行现场实验，发现岸边带沉积物是厌氧氨氧化菌的高丰度区域和厌氧氨氧化反应的热区，在此基础上进行全湖大面积采样并得到进一步证实；且得到的厌氧氨氧化反应速率是目前自然界所报道的最高值，厌氧氨氧化反应产氮气量占总氮气生成量达11-35%；另外还发现，厌氧氨氧化的反应热区能够显著降低N2O的释放。这是在自然界首次报道厌氧氨氧化反应的热区及热区效应，研究成果发表于国际著名杂志《Nature》的地球科学子刊《Nature Geoscience》(2013. 6(2): 103-107)。..（2）发现河口湿地沉积物是厌氧氨氧化菌的高丰度区域. 河口湿地间歇地受海水涨落的影响，具有海水/淡水交替的特性，往往具有较高的生物多样性和丰度，由此推测河口湿地可能发生显著的厌氧氨氧化反应。以珠江沉积物为研究对象，进行了不同时空条件下的相关研究，发现尽管河口湿地具有非常高的厌氧氨氧化菌丰度，但是厌氧氨氧化反应速率并不与其丰度呈显著正相关，而与其种群结构密切相关。这是首次在自然界发现厌氧氨氧化反应存在此种生化反应特性，文章发表于《Environmental Science & Technology》(2012. 46: 8834-8842)。..（3）开发了人工湿地实现厌氧氨氧化反应的方法并实现温室气体N2O减排. 综合以上自然湿地研究的成果，应用环境化学、微生物学和环境科学等学科知识，开发了人工湿地实现厌氧氨氧化反应并减排N2O的方法。系统稳定后，厌氧氨氧化反应速率提高了10倍，占总氮气生成量的比值提高了5倍（达42%）；同步采用静态箱法原位测定N2O释放通量，并通过对照实验证实，厌氧氨氧化反应过程减少了30%的N2O排放。这是首次报道人工湿地实现厌氧氨氧化反应过程的方法并减排N2O，研究成果发表于环境技术领域的首席杂志《Environmental Science & Technology》(2011. 45(23): 9951-9958)。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
岸边带湿地对富营养化河流的净化作用研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    环境科学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王朝旭;祝贵兵;王雨;叶磊;王为东;尹澄清
  • 通讯作者：
    尹澄清
Anammox bacterial abundance, biodiversity and activity in a constructed wetland
人工湿地中厌氧氨氧化细菌的丰度、生物多样性和活性
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Guibing Zhu;Shanyun Wang;Xiaojuan Feng;Gaina Fan;Mike S. M. Jetten;Chengqing Yin
  • 通讯作者：
    Chengqing Yin
Anammox bacterial abundance, activity, and contribution in riparian sediments of the Pearl River estuary
珠江口河岸沉积物中厌氧氨氧化细菌的丰度、活性及其贡献
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Shanyun Wang;Guibing Zhu;Yongzhen Peng;Mike S. M. Jetten;Chengqing Yin
  • 通讯作者：
    Chengqing Yin
Quantitative analyses of ammonia-oxidizing archaea and bacteria in the sediments of four nitrogen-rich wetlands in China
中国四个富氮湿地沉积物中氨氧化古菌和细菌的定量分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    Applied Microbiology and Biotechnology
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Shanyun Wang;Yu Wang;Xiaojuan Feng;Liming Zhai;Guibing Zhu
  • 通讯作者：
    Guibing Zhu
Spatial distribution 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剂的空间分布
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Journal of Environmental Sciences
  • 影响因子：
    6.9
  • 作者：
    Yu Wang;Guibing Zhu;Lei Ye;Xiaojuan Feng;Huub J. M. Op den Camp;Chengqing Yin
  • 通讯作者：
    Chengqing Yin

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其他文献

白洋淀流域岸边带土壤全程氨氧化菌的分布特征及其生态网络研究
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    --
  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    余杰;李祎飞;王衫允;祝贵兵
  • 通讯作者：
    祝贵兵
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  • 作者：
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  • 期刊：
    环境科学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    周利;王晓侠;周立光;皮艳霞;周杰民;祝贵兵
  • 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
Theoretical evaluation on nitrogen removal of step-feed anoxic/oxic activated sludge process
分级进水缺氧/好氧活性污泥法脱氮理论评价
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    --
  • 发表时间：
    2024-09-13
  • 期刊：
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    祝贵兵;彭永臻
  • 通讯作者：
    彭永臻

其他文献

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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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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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    面上项目

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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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