土壤中根瘤菌-豆科植物共生体对多氯联苯的降解机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41371309
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    75.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0701.环境土壤学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Polychlorinated biphenyls (PCBs), as one of the priority persistent organic pollutants (POPs) are of great concern due to their persistence and toxicity in the world. Remediation of PCBs contaminated soil in the high risk areas caused by electronic waste has become an important environmental & technological issue and urgently needs to be solved by Departments of National Environmental Protection. Legume-rhizobium symbiosis as the biological phenomena is widely spreading in nature. Our previous results showed that Rhizobium and PCB28 coexisted in the core area of alfalfa-rhizobium symbiosis nodules in which nitrogen fixation occurred, and Rhizobium bacteroids can degradate PCB28. Thus, we propose that a scientific hypothesis to elucidate whether the coupling mechanism between PCB biological degradation and symbiotic nitrogen fixation process exists? It still needs to be further verified. This project will be carried out in a pot experiment.A integrate technology is to combine 13C-PCBs isotope and GFP gene double mark,Scanning Ion-selective Electrode Technique(SIET), with GC-MS analysis and molecular biological methods in order to deeply study the intrinsic coupling relationship between PCBs metabolism and biological nitrogen fixation process in the nodule of legume-rhizobium symbiosis. The ion flow of Cl-, NH4+, and H+ and the dynamic changes of H2 release, hydrogenase activity and the reductive dechlorination enzyme gene are analyzed, and reveal the coupling mechanism of symbiotic nitrogen fixation and PCBs reductive dechlorination process, which will provide the scientific basis for bioremediation of soils contaminated with polychlorinated biphenyls.
多氯联苯(PCBs)是国际上共同关注的优控持久性有机污染物。电子废弃物高风险区PCBs污染土壤的修复已成为国家环保部门亟需解决的重要环境科学技术问题。豆科植物-根瘤菌共生是自然界普遍存在的生物学现象。课题组近期研究发现豆科植物紫花苜蓿共生体根瘤中根瘤菌和PCB28共存于固氮核心区,且根瘤中根瘤菌类菌体能够降解PCB28。这一有趣的科学现象是否与共生固氮过程存在耦合关系,其降解机制如何?尚需深入研究。本项目拟采用室内盆栽试验,结合13C-PCBs同位素与GFP基因双标记示踪法、非损伤微测技术、GC-MS及分子生物技术,深入研究豆科植物-根瘤菌共生体根瘤中固氮过程与PCBs代谢的关系,分析共生体根瘤中Cl-、NH4+、H+离子流、H2释放以及氢化酶活性和还原脱氯酶基因的动态变化,以揭示豆科植物-根瘤菌共生体中PCBs还原脱氯与共生固氮的耦合机制,为多氯联苯污染土壤的生物修复提供科学依据。

结项摘要

多氯联苯(PCBs)是国际上共同关注的优控持久性有机污染物。电子废弃物高风险区PCBs污染土壤的修复已成为国家环保部门亟待解决的重要环境科学技术问题。在全球陆地生态系统中,根瘤菌-豆科植物共生体系是主要的生物可利用氮素来源。而近年来研究也发现该共生系统能够有效修复氯代有机物污染土壤。但是,在此共生关系中,共生固氮与PCBs的脱氯反应之间是否存在一定联系,鲜有报道。本项目以一株苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)NM和豆科植物紫花苜蓿为研究对象,以具有类二噁英共平面结构的3,3’,4,4’-四氯联苯(PCB 77)为模式底物开展研究。采用室内双层瓶盆钵试验,结合gfp标记示踪法、非损伤微测技术、GC-MS及分子生物学技术,探明了Sinorhizobium meliloti NM对PCB 77的降解能力及其代谢途径和机制,揭示了紫花苜蓿-根瘤菌共生体系中共生固氮与PCBs脱氯之间的偶联关系,同时明确了根瘤菌共生缓解四氯联苯诱导的紫花苜蓿系统氧化胁迫损伤机制。本研究主要结果如下:. 1. S. meliloti NM菌株能够在以PCB 77为唯一碳源和能源的无机盐培养基中进行生长,降解PCB 77的下游代谢途径为苯甲酸代谢途径。这是首次报道的能利用共平面四氯联苯PCB 77作为唯一碳源和能源的菌株,表明该菌可用于PCBs污染土壤的生物修复。转录学分析显示,S. meliloti NM的脱氯活性可能与脱氯酶基因gene829有关。. 2. 进一步采用非损伤微测技术(NMT)对根瘤中PCB的脱氯行为进行跟踪。结果发现,共生固氮活性与PCB 77脱氯行为之间存在正相关关系,Mo元素的加入既可以提高固氮酶的活性还可以促进PCB77的脱氯。在实际应用中,可通过提高固氮酶活性来促进根瘤菌对有机卤代污染物的修复效率。这一结果对于污染土壤的修复和管理有重大意义。而Mo元素可能作为潜在的关键微量元素,限制有机卤代污染物的脱氯进程。普遍认为卤代有机物污染场地的原位修复常受到氮素供应的约束,这个限制也可通过实施生物固氮体系而得以缓解。. 3. 根瘤菌接种能增加紫花苜蓿对PCB胁迫的耐受能力,并且芸苔素唑BRs可能参与了此信号介导途径。可见,根瘤菌能通过多种机制修复PCBs污染土壤。此结果为根瘤菌用于PCBs污染土壤的生物修复与调控提供了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
花生连作障碍发生机理研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    土壤
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李振高;王小兵;刘五星;骆永明
  • 通讯作者:
    骆永明
Microbial remediation of a pentachloronitrobenzene-contaminated soil planted with Panax notoginseng: a field experiment
三七种植五氯硝基苯污染土壤的微生物修复:田间试验
  • DOI:
    10.1016/s1002-0160(17)60476-4
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Pedosphere
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zhang Ning;Guo Dong;Zhu Ye;Wang Xiaomi;Zhu Lingjia;Liu Fang;Teng Ying;Christie Peter;Li Zhengao;Luo Yongming
  • 通讯作者:
    Luo Yongming
石墨烯的环境行为及其对环境中污染物迁移归趋的影响
  • DOI:
    10.13287/j.1001-9332.20140616.003
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    应用生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任文杰;滕应
  • 通讯作者:
    滕应
Isolation of the PCB-degrading bacteria Mesorhizobium sp ZY1 and its combined remediation with Astragalus sinicus L. for contaminated soil
PCB降解菌Mesorhizobium sp ZY1的分离及其与黄芪联合修复污染土壤
  • DOI:
    10.1080/15226514.2015.1073667
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    International Journal of Phytoremediation
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Teng Ying;Li Xiufen;Chen Ting;Zhang Manyun;Wang Xiaomi;Li Zhengao;Luo Yongming
  • 通讯作者:
    Luo Yongming
石墨烯施用后对土壤酶活性及土壤微生物群落的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    土壤
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李丽娜;滕应;任文杰;李振高;骆永明
  • 通讯作者:
    骆永明

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其他文献

多氯联苯复合污染农田土壤的植物协同修复效应研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    孙向辉;滕应;骆永明;吴龙华;李振高
  • 通讯作者:
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畜禽有机肥对典型蔬果地土壤剖面重金属与抗生素分布的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘霞;陈励科;卜元卿;章海波;吴龙华;滕应;骆永明
  • 通讯作者:
    骆永明
单壁碳纳米管对紫花苜蓿根际土壤中PAHs降解及微生物群落的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王慧敏;陈莉荣;任文杰;郑春丽;黄怡雯;滕应;张铁军
  • 通讯作者:
    张铁军
功能化石墨烯对苯并[a]芘高效降解菌Paracoccus aminovorans HPD-2生长的促进作用
  • DOI:
    10.13671/j.hjkxxb.2019.0312
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    毛婷玉;任文杰;刘方;滕应
  • 通讯作者:
    滕应
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    常海伟;任文杰;刘鸿雁;滕应;李丽娜
  • 通讯作者:
    李丽娜

其他文献

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滕应的其他基金

土壤中典型有机污染物固氮微生物组代谢转化机制
  • 批准号:
    42130718
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
    290 万元
  • 项目类别:
    重点项目
多氯联苯微生物降解的土壤胶体界面作用机制研究
  • 批准号:
    41671327
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    66.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
土壤中根瘤菌-豆科植物共生体系对多氯联苯还原脱氯的耦合机制研究
  • 批准号:
    41171249
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
多氯联苯污染土壤菌根真菌-根瘤菌强化豆科植物的根际修复机理研究
  • 批准号:
    40701080
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    2007
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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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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