土壤羟胺氧化释放N2O的氨氧化微生物与铁锰氧化物耦合作用机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41771270
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 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:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Hydroxylamine could oxide to emit N2O, which will inevitably affect the entire circulation of nitrogen and greenhouse gas emission in soil, and the oxidation occurs under the combined action of ammonia-oxidizing microorganisms and iron-manganese oxides (Fe-Mn oxides). In this project, the soils enriched Fe-Mn oxides in China (Laterite, Latosolic red soil, Red soil, Yellow soil, Yellow-brown soil, Alluvial soil and Paddy soil, etc) will be studied through isotopic (18O-H2O) tracer technique to find out the contribution of soil hydroxylamine oxidation to N2O emission; meanwhile, real-time fluorescent quantitative PCR will be used to analyze the quantity and activity of ammonia-oxidizing microorganisms gene AOA and AOB amoA, the correlation between the N2O emission quantity in hydroxylamine oxidation, and the dynamic accumulation of hydroxylamine in soil, the form and content of Fe-Mn oxide, ammonia-oxidizing microorganisms gene amoA will be analyze, and illuminate the effects of ammonia oxidation microorganisms coupling with iron-manganese oxide on N2O emission. In addition, a series of iron/manganese oxides with different forms and oxidizability, will be synthetized, microcosmic culture tests will be done to study the effect of iron/manganese oxides coupling with AOA/AOB on N2O emission in hydroxylamine oxidation, to further study the mechanism of different iron/manganese oxides coupling with ammonia-oxidizing microorganisms in driving hydroxylamine oxidation, so as to provide scientific basis for reasonably controlling soil N2O emission.
羟胺氧化释放N2O影响整个土壤氮循环乃至全球温室气体的调控,而该过程在氨氧化微生物和铁锰氧化物耦合作用下完成,明确其生物化学耦合作用机制具有重要的科学意义。本项目拟以我国富含铁锰氧化物的土壤(砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤、黄棕壤、潮土、水稻土等)为研究对象,利用同位素18O-H2O示踪技术研究土壤羟胺氧化释放N2O的贡献,采用实时荧光定量PCR技术分析氨氧化微生物AOA和AOB amoA基因的数量与活性,分析羟胺氧化N2O释放量与土壤羟胺的动态积累量、铁锰氧化物形态和含量以及氨氧化微生物amoA基因的相关性,阐明氨氧化微生物和铁锰氧化物对羟胺氧化释放N2O的耦合效应。另外,合成系列不同形态和氧化度的铁锰氧化物,采用微宇宙培养试验研究铁锰氧化物与AOA或AOB耦合作用对羟胺氧化释放N2O的影响,深入研究不同铁锰氧化物与氨氧化微生物耦合驱动羟胺氧化的机制,为合理调控土壤N2O释放提供科学依据。

结项摘要

铁锰氧化物作为土壤中最为活跃的因子之一,其氧化还原过程与土壤N素的生物-非生物转化过程耦合发生,进而影响土壤N2O的排放。本项目系统研究了铁锰氧化物对水稻土硝化过程N2O释放的影响及机制,对全面理解农田土壤氮素循环过程具有重要意义,可为农田土壤N2O合理减排提供科学参考。主要研究结果如下:.1)水稻土N2O释放量受土壤含水量、施肥、土壤性质(pH值、有机质、铁氧化物)等因素影响。水分不饱和时,硝化作用是水稻土释放N2O的重要途径,自养硝化对土壤N2O排放的贡献大于异养硝化,施氮提高土壤自养硝化对土壤N2O排放的贡献。潜育型水稻土N2O释放量显著高于潴育型水稻土,且N2O累积释放量均与土壤铁含量显著相关(p˂0.05)。.2)针铁矿通过生物、非生物耦合效应促进水稻土硝化过程N2O的释放。在60% WHC条件下,水稻土N2O来源以生物过程为主,非生物过程贡献较低。供试水稻土氨氧化细菌(AOB)对N2O排放的贡献均高于氨氧化古菌(AOA),针铁矿增加了AOB对N2O排放的贡献,进而促进水稻土N2O的释放。供试水稻土NH2OH非生物过程对N2O释放的相对贡献高于NO2--N,针铁矿减少了NH2OH和NO2--N非生物过程对N2O释放的贡献。.3)土壤水分状况、水钠锰矿含量、土壤类型等因素影响水稻土N2O排放量对水钠锰矿的响应。在恒定含水量条件下,水钠锰矿(0.1%,w/w)显著促进了黄棕壤性水稻土N2O排放;但在周期性水分变化条件下,水钠锰矿对N2O排放起抑制效应。水钠锰矿含量越高,其对土壤N2O释放量的抑制效应越强。水钠锰矿主要通过抑制土壤硝化作用而降低N2O排放,但水钠锰矿对土壤硝化微生物的抑制作用随时间延长逐渐减弱,微生物活性得到一定恢复。.4)碳铁耦合作用显著抑制水稻土N2O的排放,高可溶性有机碳可增加土壤氮素的固持,Fe2+含量的增加及水铁矿促进nosZ反硝化功能基因丰度,促进完全反硝化作用,有利于N2O向N2转化,减少N2O的排放。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The relative contribution of ammonia oxidizing bacteria and archaea to N2O emission from two paddy soils with different fertilizer N sources: A microcosm study
氨氧化细菌和古细菌对两种不同肥料氮源水稻土 N2O 排放的相对贡献:微观研究
  • DOI:
    10.1016/j.geoderma.2020.114486
  • 发表时间:
    2020-10-01
  • 期刊:
    GEODERMA
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Fu, Qingling;Xi, Ruize;Zuo, Jichao
  • 通讯作者:
    Zuo, Jichao
Comparing effects of ammonium and nitrate nitrogen on arsenic accumulation in brown rice and its dynamics in soil-plant system
铵态氮和硝态氮对糙米砷积累的影响及其在土壤-植物系统中的动态比较
  • DOI:
    10.1007/s11368-021-02938-7
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Journal of Soils and Sediments
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Zhang Xin;Yang Yongqiang;Fu Qingling;Hu Hongqing;Zhu Jun;Liu Manxia
  • 通讯作者:
    Liu Manxia
Effect of P/As molar ratio in soil porewater on competitive uptake of As and P in As sensitive and tolerant rice genotypes
土壤孔隙水中磷/砷摩尔比对砷敏感和耐砷水稻基因型竞争性吸收砷和磷的影响
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2021.149185
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Yang Yongqiang;Rao Xiongfei;Zhang Xin;Liu Manxia;Fu Qingling;Zhu Jun;Hu Hongqing
  • 通讯作者:
    Hu Hongqing
Biological-chemical comprehensive effects of goethite addition on nitrous oxide emissions in paddy soils
添加针铁矿对水稻土氧化亚氮排放的生物化学综合效应
  • DOI:
    10.1007/s11368-020-02685-1
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Journal of Soils and Sediments
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Zuo Jichao;Hu Hongqing;Fu Qingling;Zhu Jun;Xing Zhiqiang
  • 通讯作者:
    Xing Zhiqiang
水钠锰矿提高红壤性水稻土N_2O释放速率和氨氧化细菌amoA基因丰度
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    植物营养与肥料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邢志强;左继超;付庆灵;胡红青;朱俊
  • 通讯作者:
    朱俊

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其他文献

南方主要土壤中铁铝氧化物对土壤吸附Bt蛋白的影响
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    付庆灵
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    2013
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    许学慧;姜冠杰;付庆灵;刘永红;胡红青
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Sa Tongmin
2种母岩发育的地带性土壤中粘土矿物的组成特点
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  • 发表时间:
    2015
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  • 作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    左继超;苏小娟;胡红青;朱俊;付庆灵
  • 通讯作者:
    付庆灵

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付庆灵的其他基金

转Bt水稻及毒蛋白对水稻土反硝化作用的影响和作用机制
  • 批准号:
    41001140
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    2010
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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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]
          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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