利用根表功能细菌生物膜减低植物PAHs污染的机理及效能优化

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31770549
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0310.污染生态学与恢复生态学
  • 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

Anthropogenic soil contamination has become a worldwide environmental problem in recent decades. Organic pollutants present in soil may be taken up by plants and translocated into shoots, which is the major pathway for toxic organic substances to reach the food chain. Because plants form the basis of animal and human food chains, potentially harmful organic contaminants could find their way into animal and human populations via this route. Clearly, increased understanding of how to reduce the uptake and accumulation of organic contaminants by plants from the soil could have considerable benefit for risk assessments.. Rhizobacteria usually form biofilms on root surfaces, protecting plants from external harsh environments or promoting plant growth. As known, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a group of persistent organic contaminants commonly found in the soil environment. Due to their highly mutagenic and carcinogenic properties, considerable interest in the control of uptake and accumulation of PAHs by plants has emerged in recent decades. In the previous project, several species of PAH-degrading bacteria (PAHDB) with the ability of biofilm formation were isolated and re-colonized on the root surfaces of target plants. These strains could form bacterial biofilms on plant root surfaces and reduce the PAH concentration and accumulation inner plant, as well as restrain the PAH translocation from plant root to shoot. Based on these results, we proposed a biofilm-aided technique to eliminate plant PAH contamination in polluted soils. However, few literatures are available heretofore on the mechanisms involved in the process mentioned above.. To this end, this project seeks to (1) investigate the sorption, distribution and degradation of PAHs on PAHDB-based biofilms; (2) clarify the molecular mechanisms involved in PAH degradation by PAHDB and investigate the transfer of PAH-degrading genes on PAHDB-based biofilms; (3) analyze the responses of resident bacterial populations on root surfaces to PAHDB-based biofilms and eludate their cooperation on PAH degradation; (4) clarify the impacts of PAHDB-based biofilms on PAH metabolism and enzyme activities inner plants; (5) optimize the conditions of biofilm-aided technique to eliminate plant PAH contamination in polluted soils. Basing on these results, the mechanisms of the biofilm-reduced uptake and accumulation of PAHs by plants will be systematically elucidated and the performance of biofilm-aided technique will be optimized. Results of this work would benefit agriculture production, food safety, and human and ecological health in PAH-contaminated sites.
植物可以吸收土壤中的有机污染物进而导致作物污染风险。如何消除植物有机污染、在污染区生产安全的农产品成为当前急需解决的问题。多环芳烃(PAHs)是土壤环境中常见的一类持久性有机污染物,在前期研究中,我们提出并证实利用具有PAHs降解功能的成膜细菌在植物根表形成的细菌生物膜(即根表功能细菌生物膜)可以减低植物PAHs污染。然而,其中涉及的机理尚不明确。基于此,本项目拟综合利用微生物学和分子生物学方法、温室盆栽实验以及稳定同位素核酸探针技术,阐明根表功能细菌生物膜对根际PAHs的吸持和降解作用,明确根表细菌生物膜内功能细菌和土著细菌种群的协同代谢作用以及基因水平转移情况,探讨根表功能细菌生物膜对植物体内PAHs代谢的影响。在此基础上,系统地阐明利用根表功能细菌生物膜减低植物PAHs污染的机理,并优化这一效能,为防治土壤有机污染、减低作物污染风险、保障农产品安全以及合理利用污染土壤资源等提供依据。

结项摘要

利用具有多环芳烃(PAHs)降解功能的根表细菌生物膜可减低植物PAHs污染;但其作用机制尚不清楚。基于此,本项目以前期分离的根表菲降解细菌Sphingobium sp. RS2和芘降解细菌Mycolicibacterium sp. Pyr9为材料,系统开展了相关研究,并取得了以下研究结果:(1)利用基因组和转录组测序分析,结合qPCR技术,揭示了菌株RS2和Pyr9中负责PAHs降解的关键基因,并研究了PAHs诱导下各基因的表达情况;(2)利用温室盆栽实验,分别将RS2和Pyr9定殖于空心菜根表,结合绿色荧光蛋白基因(gfp)标记或抗生素标记,追踪了RS2和Pyr9在空心菜根表和体内的定殖和分布,明确了由其形成的根表生物膜对空心菜吸收积累PAHs的影响;(3)利用基于16S rRNA基因序列的高通量测序分析,解析了不同PAHs污染强度下RS2和Pyr9的定殖对空心菜中土著细菌群落结构的影响,并研究了RS2和Pyr9与土著菌群的互作关系;(4)利用qPCR技术,解析了在空心菜根表定殖细菌形成生物膜后,其根表和体内PAHs降解关键基因的丰度和表达量变化;(5)利用酶学分析方法,研究了空心菜体内PAHs代谢相关酶系对功能细菌在空心菜根表定殖成膜的响应;(6)优化了利用根表PAHs降解细菌生物膜减低植物PAHs污染的环境条件、定殖方式和功能菌群。.基于此,系统解析了利用根表PAHs降解细菌生物膜减低植物PAHs污染的机理,并优化了其作用条件;研究成果可为发展作物PAHs污染防护技术、有效规避植物有机污染风险等提供理论依据。依托本项目,共发表论文14篇,其中在《Environmental Micobiology》、《Environment International》等国际知名刊物上发表论文12篇;培养博士研究生3名,硕士研究生4名;授权国家发明专利2项;项目组成员在国际学术会议口头报告3人次。

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(2)
Identification of novel catabolic genes involved in 17β-estradiol degradation by Novosphingobium sp. ES2-1
鉴定参与Novosphingobium sp. 17 β-雌二醇降解的新型分解代谢基因。
  • DOI:
    10.1111/1462-2920.15475
  • 发表时间:
    2021-03-26
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Li, Shunyao;Sun, Kai;Ling, Wanting
  • 通讯作者:
    Ling, Wanting
Genetically Engineered Methanotroph as a Platform for Bioaugmentation of Chemical Pesticide Contaminated Soil
基因工程甲烷氧化菌作为化学农药污染土壤生物强化的平台
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021-02-22
  • 期刊:
    ACS SYNTHETIC BIOLOGY
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Liu, Yongchuang;Zhang, Haili;Liu, Juan
  • 通讯作者:
    Liu, Juan
Rhamnolipid influences biosorption and biodegradation of phenanthrene by phenanthrene-degrading strain Pseudomonas sp Ph6
鼠李糖脂影响菲降解菌株假单胞菌 Ph6 对菲的生物吸附和生物降解
  • DOI:
    10.1016/j.envpol.2018.04.125
  • 发表时间:
    2018-09-01
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL POLLUTION
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Ma, Zhao;Liu, Juan;Ling, Wanting
  • 通讯作者:
    Ling, Wanting
Phenanthrene-degrading bacteria on root surfaces: a natural defense that protects plants from phenanthrene contamination
根表面的菲降解细菌:保护植物免受菲污染的自然防御
  • DOI:
    10.1007/s11104-018-3575-z
  • 发表时间:
    2018-04-01
  • 期刊:
    PLANT AND SOIL
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Liu, Juan;Zhang, Zhiming;Zhao, Zhenhua
  • 通讯作者:
    Zhao, Zhenhua
A Fast and Easily Parallelizable Biosensor Method for Measuring Extractable Tetracyclines in Soils
一种快速且易于并行化的生物传感器方法,用于测量土壤中可提取的四环素
  • DOI:
    10.1021/acs.est.9b04051
  • 发表时间:
    2020-01-21
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Ma, Zhao;Liu, Juan;Waigi, Michael Gatheru
  • 通讯作者:
    Waigi, Michael Gatheru

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油茶耐低磷指标鉴定及芽苗砧筛选
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  • 通讯作者:
    赵东赤

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刘娟的其他基金

细菌Novosphingobium sp. ES2-1分解代谢农田土壤中天然雌激素的机制、调控及效能强化
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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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