轮作作物与丛枝菌根真菌互作及其影响土壤镉形态的根际过程与机理

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41461093
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    51.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0708.生态毒理学
  • 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

Crop rotation has a remarkable effect on accumulation of heavy metals in crops that associated with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) in farmlands. However, little is known about the rhizosphere processes and mechanisms for the interaction between rotation crop and AMF and its impact on speciation of heavy metals in soils, which constrain our knowledge on the rotation modes accumulating fewer heavy metals. Thus in this project, pot and field studies will be conducted to assess the rhizosphere processes in the farmlands around a lead and zinc mine site in Huize County, Yunnan Province. The study will focus mainly on two most common crop rotation modes (canola - maize and fababean - maize) and one main pollution element (cadmium) using high-throughput sequencing, Tessier sequential extraction, and high performance liquid chromatography. The research objects include: (1) To investigate the interaction between rotation crops and AMF based on analyzing effects of rotation on community ecology of AMF in farmlands and feedback effects of AMF community on the growth, mineral nutrition and cadmium accumulation of rotational crops. (2) To illustrate the changes in composition and content of rhizosphere exudates, including low molecular weight organic acids, glomalin related soil protein, soluble sugars, amino acids, and it mediates the transfer on rhizosphere cadmium speciation, during the course of interaction between rotation crops and AMF. (3) To reveal the differences and mechanisms on rhizosphere processes for transforming cadmium speciation in different rotational modes. The results will enrich the theory of the rhizosphere pollution ecology, and provide a new understanding on regulating indigenous AMF community and its ecological functions in farmlands by rotation.
轮作对农田土壤重金属形态、作物累积重金属的影响与丛枝菌根真菌(AMF)密切相关,但目前对轮作作物与AMF间的互作及其影响土壤重金属形态的根际过程与机理认识有限,制约了对重金属低富集轮作模式的理解。本项目拟在云南铅锌矿区周边农田,选取油菜-玉米和蚕豆-玉米两个最普遍的轮作模式,选择主要的污染元素镉,以根际过程为切入点,通过大田和盆栽试验,采用高通量测序、Tessier连续提取、高效液相色谱等技术,分析轮作对农田AMF群落生态的影响,及AMF 群落对轮作作物生长、矿质营养与镉累积的反馈影响,阐明轮作作物与AMF的互作效应;解析轮作作物与AMF互作的根际分泌物(低分子量有机酸、球囊霉素相关土壤蛋白、可溶性糖、氨基酸等)成分与含量的变化及其介导根际土壤镉形态的转化,揭示不同轮作模式根际镉形态转化过程的差异与机理。研究结果能丰富根际污染生态学的理论,为轮作调控农田AMF的群落与生态功能提供新的认识。

结项摘要

云南铅锌矿产资源丰富,长期的矿产开采与冶炼,导致矿区周边农田镉(Cd)污染严重。蚕豆—玉米和油菜—玉米是云南铅锌矿周边两种主要的轮作模式,其重金属累积存在的差异。轮作对农田土壤重金属形态、作物累积重金属的影响与丛枝菌根真菌(AMF)密切相关,但目前对轮作作物与 AMF 间的互作及其影响土壤重金属形态的根际过程与机理认识有限,制约了对重金属低富集轮作模式的理解。项目以蚕豆—玉米、油菜—玉米2种轮作模式为研究对象,选择主要的污染元素镉,以根际过程为切入点,采用高通量测序、Tessier连续提取、高效液相色谱等技术,在云南铅锌矿区周边农田开展大田试验,分析轮作作物根系分泌、Cd累积特征,及轮作对农田AMF群落生态的影响。通过盆栽试验,研究AMF对作物生长、矿质营养与Cd累积的反馈影响,解析AMF改变作物根际分泌物成分与含量,进而导致根际土壤Cd形态的转化,揭示这2种轮作模式根际镉形态转化过程的差异与机理。结果表明:(1)轮作改变作物根际低分子量有机酸的含量,影响根际Cd的化学形态和生物有效性,进而影响轮作作物植株Cd的含量与累积量。(2)轮作影响矿区周边农田AMF的物种组成。农田存在球囊霉属(Glomus)、原囊霉属(Archaeospora)、巨孢囊霉属(Gigaspora)等AMF种群,Glomus为优势的AMF。(3)Cd胁迫下,接种Glomus mosseae 和土著AMF显著增加玉米的株高和生物量,提高土壤速效养分和植株养分的含量,显著降低土壤中有效态Cd含量和玉米植株Cd含量。(4)接种AMF显著增加玉米根系酒石酸、苹果酸和琥珀酸的分泌量,减少柠檬酸的分泌量;导致玉米根际有机结合态Cd含量下降,铁锰氧化态Cd含量增加,进而减少玉米植株的Cd含量。因此,AMF通过改变作物根系分泌物的含量,影响土壤Cd的形态和生物有效性,在轮作作物Cd累积中起着一定的调节作用,对于构建重金属低富集的作物轮作模式,具有重要的理论与实践意义。

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(1)
铅锌冶炼厂周边农田土壤、苕子与荠菜的重金属污染特征
  • DOI:
    10.13637/j.issn.1009-6094.2015.05.072
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    安全与环境学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许毅涛;李成学;陈建军;秦丽;湛方栋
  • 通讯作者:
    湛方栋
Effects of a dark septate endophyte (DSE) on growth, cadmium content, and physiology in maize under cadmium stress
镉胁迫下深色有隔内生菌 (DSE) 对玉米生长、镉含量和生理的影响。
  • DOI:
    10.1007/s11356-017-9459-6
  • 发表时间:
    2017-08-01
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE AND POLLUTION RESEARCH
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    He, Yongmei;Yang, Zhixin;Zhao, Zhiwei
  • 通讯作者:
    Zhao, Zhiwei
AM 真菌与膨润土对蚕豆生长和重金属累积 的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    应用与环境生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    师俊杰;米雅竹;何永美;李博;蒋明;李元;湛方栋
  • 通讯作者:
    湛方栋
9个油菜品种根系形态与镉铅累积关系及机理初步分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    云南农业大学学报(自然科学)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨志新;钟伟;秦丽;季李伟;祖艳群;湛方栋
  • 通讯作者:
    湛方栋
土壤灭菌和杀真菌剂对紫花苜蓿生长和重金属累积的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何永美;杨志新;秦丽;李成学;祖艳群;湛方栋
  • 通讯作者:
    湛方栋

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其他文献

土荆芥和蚕豆/玉米间作系统中Pb、Cd、Zn的累积特征研究
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    云南农业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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AMF对铅锌矿区农田土壤部分理化性质、玉米生长和镉铅含量的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于子昊;李胜宝;赵晓玲;李明锐;李博;何永美;陈建军;湛方栋
  • 通讯作者:
    湛方栋
三种植物对铅锌尾矿土壤Pb、Zn和Cd的吸收特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    环境科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许毅涛;方其仙;王吉秀;李明锐;湛方栋;杨枭
  • 通讯作者:
    杨枭

其他文献

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AMF与产脲酶细菌生物钝化土壤镉的协同效应及作用机制
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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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