氯甲基吡啶对滴灌农田N2O排放的影响及硝化-反硝化关键微生物对其响应的分子生态机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41461064
  • 项目类别：
    地区科学基金项目
  • 资助金额：
    51.0万
  • 负责人：
    刘涛
  • 依托单位：
    石河子大学
  • 学科分类：
    D0710.土壤侵蚀与土壤肥力
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Elucidating the influence of nitrapyrin on soil N2O emmision flux and soil nitrification-denitrification process microbial community diversity will play a effective role for improving nitrogen resource utility efficiency as well as decreasing N2O emission. In the present research, soil simulation experiment and filed plot trail will be carried out. the effect of nitrapyrin on soil N2O emission would be study through assimilation box - GC and microelectrode. By means of Biolog method and soil enzymatic technique, the response of soil microbial functional diversity and the activities of soil Urease, nitrate reductase (NR), nitrite reductase（NiR）, Hydroxylamine reductase (HyR) on nitrapyrin would be measured. Using 15N-labeling and acetylene inhibition methods, the amount of N2O emission between soil nitrification and denitrification contribution would be quantified. Employing soil microbial molecular ecological technique of 16S rDNA/RNA-PCR-DGGE、qPCR、15N-SIP probe, the influence of nitrapyrin on soil microbial such as ammonia-oxidizing bacteria（AOB）and ammonia-oxidizing archaea (AOA) community component structure diversity could be analyzed. Meanwhile, the quantity relationship between soil N2O emission flux and soil nitrification-denitrification microbial community diversity would be studied. Our research results could exert a major role on using nitrapyrin to regulate soil nitrification-denitrification microbial community diversity in theory. Furthermore, its also could provide an effective way for increasing nitrogen resource utility efficiency and decreasing soil N2O emission technically in drip irrigation agriculture.
揭示氯甲基吡啶对土壤N2O排放通量和硝化-反硝化微生物多样性的影响是提高滴灌农田氮素养分资源高效利用和减少温室气体排放的有效措施。本研究通过土壤模拟和滴灌小区试验，采用静态箱-GC法与N2O微电极结合研究氯甲基吡啶对滴灌农田土壤N2O排放的影响；采用Biolog和酶学方法揭示土壤硝化-反硝化过程微生物代谢功能多样性以及与氮素转化相关酶活性对氯甲基吡啶的响应；采用乙炔-氧抑制法量化硝化和反硝化过程对N2O排放的贡献；利用16S rDNA/RNA-PCR-DGGE、qPCR及稳定性同位素探针技术等分子生态手段，分析氯甲基吡啶对AOB、AOA等关键微生物群落结构多态性作用的分子生态机制；厘清土壤硝化-反硝化微生物多样性与土壤N2O排放间的数量关系。研究结果可为今后滴灌农田运用氯甲基吡啶调控土壤硝化-反硝化微生物群落多态性，提高氮素养分利用效率和减少N2O排放提供理论参考与技术支撑。

结项摘要

为降低干旱区滴灌农田氮肥损失，减少温室气体排放，提高氮肥利用率，项目采用田间滴灌与模拟培养试验相结合的研究方式，旨在探明硝化抑制剂氯甲基吡啶应用于滴灌农田对土壤氮转化及其N2O排放的影响，以及对相关微生物的作用机制。主要研究结果如下：.1. 在干旱区滴灌农田，尿素随水滴施后7天内完成硝化，激发N2O排放。尿素添加氯甲基吡啶随水滴施在35天内能使硝化得到有效抑制，第7天硝化抑制率最高，平均硝化抑制率可达37.83%。氯甲基吡啶的添加使农田施肥季N2O累积排放量和排放系数分别降低14.28%和32.38%，氮肥利用率提高10.70%。在覆膜滴灌条件下，硝态氮对N2O排放的贡献要大于铵态氮。.2. 尿素的随水滴施提高了土壤微生物的代谢能力和强度、多样性和丰富度以及对各类碳源的利用，氯甲基吡啶的添加则提高了土壤微生物的代谢能力和强度、多样性和丰富度以及对大多数碳源的利用但影响不显著。尿素的随水滴施提高了土壤脲酶、羟胺还原酶、亚硝酸还原酶以及硝酸还原酶活性，氯甲基吡啶的添加虽然降低了脲酶和羟胺还原酶活性，增加了亚硝酸还原酶和硝酸还原酶活性但未产生显著影响。.3. 尿素的随水滴施提高了土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)以及反硝化细菌的功能基因丰度，改变了其群落结构。氯甲基吡啶的添加抑制了AOB、AOA和反硝化细菌的基因丰度，改变了群落结构，但对AOB的基因丰度和群落结构的影响最为显著。在滴灌农田土壤中，硝化、反硝化微生物数量的增加均能促进N2O排放，NO3--N对氨氧化和反硝化微生物基因丰度的综合影响最为显著。.综上，在干旱区滴灌农田，尿素添加1%施氮量的氯甲基吡啶随水滴施能有效抑制硝化，显著降低N2O排放，对土壤总微生物群和氮转化关键酶活性并未产生显著影响。氯甲基吡啶主要通过抑制AOB的丰度和改变其群落结构来抑制硝化进而减低N2O排放，但不可低估其对反硝化微生物及其调控的N2O排放的影响。以上研究结果可为促进滴灌农田氮素养分资源高效利用、N2O减排与环境保护双重目标的实现提供理论依据与技术途径。

项目成果

期刊论文数量（3）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
氯甲基吡啶对滴灌棉田土壤微生物群落功能多样性的影响
  • DOI：
    10.13930/j.cnki.cjea.161159
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    中国生态农业学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘涛;梁永超;褚贵新
  • 通讯作者：
    褚贵新
氯甲基吡啶对滴灌棉花生物量、氮素吸收及氮肥利用率的影响
  • DOI：
    10.11963/issn.1002-7807.201505010
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    棉花学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘涛;陶瑞;李君;褚贵新;梁永超;雷军
  • 通讯作者：
    雷军
Nitrapyrin addition mitigates nitrous oxide emissions and raises nitrogen use efficiency in plastic-film-mulched drip-fertigated cotton field.
添加硝吡啉可减少地膜滴灌棉田一氧化二氮排放并提高氮素利用效率
  • DOI：
    10.1371/journal.pone.0176305
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    PloS one
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Liu T;Liang Y;Chu G
  • 通讯作者：
    Chu G

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  • 通讯作者：
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生物硝化/天然脲酶抑制剂对绿洲灰漠土N2O和NH3排放的影响及其微生物学机制
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    2020
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  • 项目类别：
    地区科学基金项目

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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

        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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