农村型黑臭水体形成的硫循环关键功能微生物及其与碳、氮、铁循环功能微生物间的互作关系研究
批准号:
91951108
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
81.0 万元
负责人:
庄绪亮
依托单位:
学科分类:
群落生态学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐圣君、高婕、吴尚华、冯书耕、王睿、姜参参、黄振华、董钰珠
中文摘要
有别于城市黑臭水体的高COD、氨氮等特点,农村黑臭水体增加了由化肥施用引起的高硫酸盐显著特征。前期研究表明,城市型黑臭水体形成是以硫循环功能菌群丰度的增加为核心;而农村型黑臭水体形成是以硫循环功能菌群相对丰度的改变为核心,且农村型黑臭水体中微生物间的互作关系更为复杂。硫酸根离子对农村型黑臭水体中硫循环微生物产生怎样的影响?在农村黑臭水体中发挥作用的硫循环功能微生物关键物种是谁?硫循环与C、N、Fe循环功能微生物间的群落-功能耦合及互作关系如何?基于以上科学问题,本研究将以海河流域典型农村河流系统为研究目标,基于DNA/RNA-SIP、高通量测序、qPCR等分子生物学技术手段,靶定硫循环关键功能微生物种群,探明高浓度硫酸根离子介导的硫循环功能微生物菌群变化及其与C、N、Fe等元素循环功能微生物间的互作关系。本项目的科学意义是为水圈微生物群落形成及其与环境互作的机理提供一定的理论基础。
英文摘要
Black and odorous water (BOW) has a severe impact on daily life, especially in developing countries like China. BOW in the regions polluted by human urban activities (RU) is characterized with high levels of COD and ammonia, while BOW in the regions polluted by human agricultural activities (RA) is characterized with high levels of sulfate introduced from chemical fertilizer. Previous study showed that the abundance of sulfur cycling genes (dsrB and soxB) were significantly elevated in RU, and the ratio of abundance of dsrB to soxB was significantly elevated in RA compared with those in the protected regions (RP). These results indicated that the formation mechanisms of BOW differed between RU and RA. Meanwhile, the interactions between sulfur cycling microorganisms and the functional microorganisms involved in carbon and metal cycling was more complex in RA compared with that in RP. However, how the sulfur cycling microorganisms are influence by high levels of sulfate? Who are the key sulfur cycling microorganisms for the formation of BOW in RA? How the sulfur cycling microorganisms interacted with the functional microorganisms involved in carbon nitrogen and iron cycling and the coupling mechanisms of community and function? Based on these scientific issues, this program intended to screen the key sulfur cycling microorganisms and classify the interactions between sulfur cycling microorganisms and the functional microorganisms involved in carbon, nitrogen and iron cycling in BOW in RA by using molecular biology methods, such as DNA/RNA-SIP, metagenome sequencing and qPCR. This program will help clarify the mechanisms of the formation of hydrosphere microbial community and the interactions with environmental factors.
近年来,因大量有机物、氮、硫、磷、铁等的积累而形成的黑臭水体,成为我国现阶段最重要的环境治理攻坚目标之一。到目前为止,城市黑臭水已初步得到控制,但农村地区的水污染问题依然突出。为此,国家出台了推进污染控制主战场空间格局转移的政策,旨在解决农业污染问题,实施农村农业污染控制。.农村型黑臭水体的一个显著特征是硫酸盐浓度高,通过对两条典型农村型黑臭水体底泥的微宇宙培养实验及稳定同位素探针(DNA-Stable isotope probe,DNA-SIP)研究,我们初步揭示了黑臭水体沉积物中AOM的驱动机制及功能微生物类群。结果表明,沉积物中存在多种电子受体偶联的厌氧甲烷氧化(anaerobic oxidation of methane,AOM)过程,尤其是很少在淡水水体中发现的硫酸盐还原偶联的AOM过程,并发现了进化上有别于海洋沉积物中的ANME-3的淡水硫酸盐还原型ANME-3(OTU-368)。通过600天5代的富集培养,我们利用宏基因组测序技术获得了高效拼接的MAGs 28个,其中ANME-3共8个,将进一步解析淡水ANME与海洋种属的基因组和代谢差异。.农村黑臭水体的第二个特征是氨氮和化学需氧量(COD)浓度高,我们开发了基于游离亚硝酸盐(Free nitrous acid,FNA)强化的狐尾藻人工湿地技术,通过对硝化和反硝化过程的调控,显著提高了养猪废水中COD、铵态氮和硫化物的总去除效率,分别为81.2%、72.8%和92.8%。我们进一步对该技术的微生物调控过程进行了解析,结果表明该技术增强了碳氮硫循环功能微生物之间偶联关系,富集了反硝化基因(nirK、nosZ)、硫氧化基因(soxB、fccAB)和相应的微生物类群(Bacillus, Conexibacter和Clostridium sensu stricto)。.本项目的科学意义是为理解水圈微生物群落形成及其与环境互作的机理提供一定的理论基础,为农村型黑臭水体中碳硫偶联过程及其生物阻控技术的发展提供理论依据。
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Distinct Functions and Assembly Mechanisms of Soil Abundant and Rare Bacterial Taxa Under Increasing Pyrene Stresses.
芘胁迫增加下土壤丰富稀有细菌类群的独特功能和组装机制
DOI:
10.3389/fmicb.2021.689762
发表时间:
2021
期刊:
Frontiers in microbiology
影响因子:
5.2
作者:
[Dong Y, Wu S, Deng Y, Wang S, Fan H, Li X, Bai Z, Zhuang X]
通讯作者:
Zhuang X
Protistan consumers and phototrophs are more sensitive than bacteria and fungi to pyrene exposure in soil
原生生物消费者和光养生物比细菌和真菌对土壤中的芘暴露更敏感
DOI:
--
发表时间:
2022
期刊:
Science of The Total Environment
影响因子:
9.8
作者:
[Shanghua Wu, Yuzhu Dong, Ye Deng, Lijuan Cui, Xuliang Zhuang]
通讯作者:
Xuliang Zhuang
Ecological selection of bacterial taxa with larger genome sizes in response to polycyclic aromatic hydrocarbons stress
具有较大基因组大小的细菌类群响应多环芳烃胁迫的生态选择
DOI:
10.1016/j.jes.2021.04.027
发表时间:
2022-02-01
期刊:
JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES
影响因子:
6.9
作者:
[Dong, Yuzhu, Wu, Shanghua, Zhuang, Xuliang]
通讯作者:
Zhuang, Xuliang
Insight into nitrogen removal performance of anaerobic ammonia oxidation in two reactors: Comparison based on the aspects of extracellular polymeric substances and microbial community
两个反应器厌氧氨氧化脱氮性能的洞察:基于胞外聚合物和微生物群落方面的比较
DOI:
10.1016/j.bej.2022.108526
发表时间:
2022-06
期刊:
Biochemical Engineering Journal
影响因子:
3.9
作者:
[Dongmin Yang, Cancan Jiang, Shengjun Xu, Likun Gu, Danhua Wang, Jialiang Zuo, Huacai Wang, Shujun Zhang, Dongsheng Wang, Huanzhen Zhang, Xuliang Zhuang]
通讯作者:
Xuliang Zhuang
Partial nitrification in free nitrous acid-treated sediment planting Myriophyllum aquaticum constructed wetland strengthens the treatment of black-odor water
游离亚硝酸处理沉积物种植狐藻人工湿地部分硝化强化黑臭水体处理
DOI:
10.1016/j.scitotenv.2022.157287
发表时间:
2022
期刊:
Science of The Total Environment
影响因子:
9.8
作者:
[Danhua Wang, Shengjun Xu, Sining Zhou, Shuseng Wang, Cancan Jiang, Bo Sun, Xu Wang, Dongmin Yang, Jialiang Zuo, Huacai Wang, Xuliang Zhuang]
通讯作者:
Xuliang Zhuang
共 14 条
短程硝化生物脱氮过程游离亚硝酸调控微生物群体感应的机理研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:57万元
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批准年份:2021
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负责人:庄绪亮
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依托单位:
土壤根际促生菌—嗜根寡养单胞菌DSF群体感应信号分子的调控机理
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批准号:31670507
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2016
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负责人:庄绪亮
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依托单位:
土壤氨氧化细菌的群体感应信号分子及对氨氧化影响的研究
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批准号:41371266
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:庄绪亮
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依托单位:
高度集约化农业利用下土壤微生物生态退化的分子生物学研究
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批准号:30470289
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项目类别:面上项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:2004
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负责人:庄绪亮
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依托单位:
黑曲霉1,6-脱水吡喃葡萄糖激酶基因的克隆与表达
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批准号:30200004
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2002
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负责人:庄绪亮
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依托单位:
国内基金
海外基金