土壤产电信号及其指示土壤重金属污染的微生物机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41671250
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0709.基础土壤学
  • 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

Soil has electrogenic bacteria, which can generate electrical power in microbial fuel cells (MFCs). The generated voltage or current by soil were regarded as electrical signals, which could be used as indicators of heavy metal pollution in soil. The electrical signals would become weaker with more severe heavy metal pollution. The process of indication has great advantages in that it is continuous and in real time without energy input and pollutants output. However, it is still unclear of the microbial mechanisms that the electrical signals generated by soil could be used to indicate soil heavy metal pollution. .In this study, different types of soil would be collected as research subjects. Soil was packed into MFCs to generate power. We intended to illustrate the character of electrical signals with different soil types, and the soil physicochemical properties driving the electrical signals. We would uncover the sensitivity and linear range of electrical signals by soil in their response to typical heavy metal pollutants Zn, Cd and Pb. We would demonstrate the bacterial community and the community of active bacteria by using high throughput DNA sequencing and stable isotope probing technology, and demonstrate the influence of heavy metal pollution on these bacterial communities. We intended to isolate, culture and identify bacterial strains that contributed to power generation in soil contaminated with heavy metals. The stains include the electrogenic bacteria on anode and the cathodic bacteria which catalyze the electron transportation. We also attempted to illustrate the relationship between electrochemical properties and the concentrations of heavy metal pollutants. The research program would provide a theoretical reference for the development of a novel technology in monitoring soil pollution, and would expand the soil source bacterial strains that contributed to power generation.
土壤含有产电细菌,能在微生物燃料电池(MFCs)中产电。土壤产电电压或电流可作为土壤产电信号指示土壤重金属污染,污染程度越高,土壤产电信号越弱。指示过程优点在于实时连续和不耗能无污染。但尚不清楚土壤产电信号指示重金属污染的微生物机制。.本研究选择不同类型土壤作为研究对象。将土壤置于MFCs中产电,阐明不同类型土壤产电信号特征及影响产电的土壤理化性质因素;揭示不同土壤产电信号响应重金属污染物Zn、Cd、Pb的灵敏性和线性范围。采用高通量测序及稳定同位素探针技术揭示MFCs阳极和阴极表面细菌群落和“活跃的”细菌群落,以及重金属污染物对这些细菌群落的影响。分离培养重金属污染土壤中参与产电的细菌菌株并完成菌种鉴定,包括阳极产电细菌和阴极催化电子传递的细菌。揭示菌株的电化学性质与重金属污染物浓度之间关系。本项目意义在于为发展土壤污染监测新技术提供可靠理论依据,扩展土壤源的参与产电的微生物资源。

结项摘要

【项目背景】针对重金属污染事件的应急监测是目前急需的监测技术。应急监测要求对突发污染事件快速监测,从而迅速消除污染物的危害。但是传统监测方法依赖人工定期或不定期的采样或依靠群众举报,无法做到原位在线监测,对污染事件发现滞后,难以及时处理污染。另外,采样过程耗时费力、成本较高。因此,探索原位在线监测土壤或湿地重金属污染事件的技术对于实现应急监测,维护环境安全具有重要意义。我们发现土壤中普遍含有大量产电细菌,它们的产电电压对环境变化响应敏感,可用于发展原位在线监测新技术。.【主要研究内容】1)土壤产电信号及产电细菌研究;2)基于土壤产电信号传感器监测重金属污染研究;3)土壤产电信号响应重金属污染的电化学和微生物学机制。.【重要结果和关键数据】1)我们首先提出“产电细菌相关属”的概念,较好的克服了土壤产电细菌因缺乏通用引物而无法表征多样性的问题,从而揭示了全国范围三十七个土壤样本的土壤产电细菌数量、组成和多样性。结果表明,旱地和湿地土壤中产电细菌数量分别约占总细菌数量的1%和2%,分布于16个产电细菌相关属。并分离鉴定了土壤源的产电细菌新种生孢梭菌(Clostridium sporogenes);2)发明了利用土壤产电细菌产电信号原位在线监测湿地重金属污染的传感器,该传感器电信号可以响应连续多次重金属污染,并在野外环境下连续工作八个月;3)揭示了该传感器响应重金属污染的电化学和微生物学机制。重金属溶液含有的大量氢离子以及二价铜或六价铬离子可在阴极还原,消耗阴极表面大量电子,引起阴极电势和传感器电压升高。而约有99%的重金属离子进入土壤后被吸附固定,无法对土壤产电细菌活性造成抑制。.【科学意义】1)为发展原位在线监测土壤和湿地重金属污染事件的应急监测新技术提供可靠的理论和实践依据;2)揭示土壤产电细菌数量和多样性并扩展产电细菌资源库,为深入研究土壤产电细菌提供了数据和方法借鉴。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
小型化土壤微生物燃料电池电信号放大电路的设计与运行
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    土壤
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓欢;王日;许静;沙亚东;李稻云;钟文辉
  • 通讯作者:
    钟文辉
Electricity generation from paddy soil for powering an electronic timer and an analysis of active exoelectrogenic bacteria
稻田发电为电子计时器供电以及活性外生电细菌的分析
  • DOI:
    10.1186/s13568-019-0781-x
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    AMB Express
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yu Lu;Li Liu;Shaosong Wu;Wenhui Zhong;Yujun Xu;Huan Deng
  • 通讯作者:
    Huan Deng
The effects of closed circuit microbial fuel cells on methane emissions from paddy soil vary with straw amount
闭路微生物燃料电池对稻田甲烷排放的影响随秸秆用量的变化而变化
  • DOI:
    10.1016/j.catena.2017.02.023
  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    Catena
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Wenhui Zhong;Lvcheng Cai;Zhenggui Wei;Hongjing Xue;Cheng Han;Huan Deng
  • 通讯作者:
    Huan Deng
Assessment of abundance and diversity of exoelectrogenic bacteria in soil under different land use types
不同土地利用类型土壤中产电细菌的丰度和多样性评估
  • DOI:
    10.1016/j.catena.2018.09.028
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    Catena
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Jun Wang;Huan Deng;Shaosong Wu;Yongcui Deng;Li Liu;Cheng Han;Yunbin Jiang;Wenhui Zhong
  • 通讯作者:
    Wenhui Zhong
土壤产电信号与线性扫描伏安法联用模拟监测湿地铜污染
  • DOI:
    10.13758/j.cnki.tr.2018.05.013
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    土壤
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓欢;许静;郭颖颖;蒋玉颖;魏琳钧;钟文辉
  • 通讯作者:
    钟文辉

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其他文献

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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王琼华
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    韩晶
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中华消化杂志,2006,26(9):625-626
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘亮明;邓欢;张吉翔*
  • 通讯作者:
    张吉翔*

其他文献

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邓欢的其他基金

SMFC传感器电压信号对湿地重金属污染的响应及机制
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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

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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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