稻田微好氧亚铁氧化耦合二氧化碳同化的机制与母质效应
批准号:
41701295
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
陈娅婷
依托单位:
学科分类:
D0709.基础土壤学
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
鲁荔、李爽、牟山、程宽
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中文摘要
中性微好氧亚铁氧化耦合二氧化碳同化是由特定微生物驱动的地球化学过程,是联结铁循环与重要生源要素循环的纽带。近年来已在淡水、湿地等环境发现了大量的微好氧亚铁氧化菌,稻田也是发生这一过程的理想场所。本申请以红壤区浅海沉积物、石灰岩、花岗岩和第四纪红粘土等母质发育的代表性稻田为对象,以微好氧亚铁氧化耦合二氧化碳同化为核心过程,建立凝胶梯度管培养体系,采用稳定同位素核酸探针技术结合分子生物学手段,首先,以代表性亚铁底物富集培养微好氧亚铁氧化细菌,阐明微好氧亚铁氧化耦合二氧化碳同化的底物效应与机制;其次,从化学和功能微生物群落两个方面阐明母质效应与机制;最后,重点阐明微生物在亚铁氧化耦合碳转化过程中的角色与功能,在功能群落、关键微生物、功能基因水平上阐明了上述耦合过程的分子生物学机制,为深入理解稻田铁/碳元素的生物地球化学循环及水稻土固碳培肥过程提供科学依据。
英文摘要
Neutrophilic, microaerophilic iron oxidation coupled with carbon dioxide assimilation is a biogeochemical process mediated by unique bacteria. It has great potential to couple iron and nutrient cycling at redox boundary. Substantial numbers of microaerophilic iron-oxidizing bacteria (FeOB) has been obtained from freshwater and wetland in recent years, and paddy soil is also an ideal environment for this process. Our proposed study will focus on microaerophilic iron oxidation coupled with carbon dioxide assimilation in representative paddy fields developed by different parent materials (e.g. shallow-sea sediment, limestone soil, granite soil, and quaternary red earth) in red soil. Here, we will establish gel-gradient tube cultures and combine 13C-DNA stable isotope probe with advanced molecular biological methods to: (1) elucidate the mechanisms and effects of ferrous substrates in microaerophilic iron oxidation coupled with carbon assimilation; (2) elucidate the chemical and microbial mechanisms and effects of parent materials in this process; (3) explore the microbial community structure, functional microorganisms and functional genes of iron oxidation and carbon assimilation. This work will elucidate the molecular mechanisms of microaerophilic iron oxidation coupled with carbon dioxide assimilation, enhance the understanding of biogeochemical cycling of Fe-C, and provide scientific knowledge for carbon fixation and sustained utilization of paddy soil.
在富铁的淡水和海洋环境中, 微生物驱动的中性微好氧亚铁氧化过程能够耦合碳同化过程; 而针对我国华南红壤关键带稻田土壤中的这一耦合过程却鲜有报道.本项目以红壤区代表性水稻土为对象,首先以代表性亚铁底物富集培养微好氧亚铁氧化细菌,阐明微好氧亚铁氧化耦合二氧化碳同化的底物效应与机制;其次,研究土壤母质对微好氧亚铁氧化耦合碳同化过程的动力学及微生物群落的影响机制;最后,采用稳定同位素探针技术j研究亚铁氧化菌以及参与碳同化的功能微生物。主要结论包括:(1)在FeS、FeCO3和Fe3(PO4)2上生长的细菌生长速率、亚铁氧化速率、碳同化量及微生物群落均有差异。宏基因组学技术分析了潜在化能自养微生物包括已报道的微好氧亚铁氧化细菌 (如Leptothrix和Sideroxydans)、硝酸盐还原亚铁氧化菌 (如Dechloromonas和Acidovorax)和Magnetospirillum。(2)以花岗岩、浅海沉积物和石灰岩发育的土壤培养的亚铁氧化菌氧化亚铁速率排序如下:花岗岩>浅海沉积物>石灰岩,微生物群落结构具有明显差异,但Magnetospirillum在三个富集群落中均为优势菌,表明其在土壤微好亚铁氧化过程的重要作用。(3)结合稳定同位素探针技术和高通量测序技术研究水稻土微好氧亚铁氧化过程中自养微生物。通过对比12C和13C重密度梯度层中微生物群落结构的变化,发现参与碳同化的功能微生物为Rhodocyclaceae科的未培养菌Uncultured bacteria和Paenibacillus。其中Uncultured bacteria与水稻土中分离得到的硝酸盐还原亚铁氧化菌相似度达100%,表明硝酸盐还原亚铁氧化菌也可以O2作为电子受体,并利用无机碳源在有氧-无氧交界面进行自养生长。上述结果表明稻田土壤中存在微生物驱动的微好氧亚铁氧化耦合碳同化过程,可为探讨红壤关键带的稻田土壤铁-碳元素转化耦合过程提供新的视角。
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
Acclimation Improves Methane Production from Molasses Wastewater with High Salinity in an Upflow Anaerobic Filter Reactor: Performance and Microbial Community Dynamics
驯化提高了上流式厌氧过滤反应器中高盐度糖蜜废水的甲烷产量:性能和微生物群落动态
DOI:10.1007/s12010-020-03236-7
发表时间:2020-02-04
期刊:APPLIED BIOCHEMISTRY AND BIOTECHNOLOGY
影响因子:3
作者:Chen, Ya-Ting;Yu, Na;Kida, Kenji
通讯作者:Kida, Kenji
Different Interspecies Electron Transfer Patterns during Mesophilic and Thermophilic Syntrophic Propionate Degradation in Chemostats
恒化器中嗜温和嗜热同养丙酸盐降解过程中不同种间电子转移模式
DOI:10.1007/s00248-020-01485-x
发表时间:2020-07-01
期刊:MICROBIAL ECOLOGY
影响因子:3.6
作者:Chen, Ya-Ting;Zeng, Yan;Tang, Yue-Qin
通讯作者:Tang, Yue-Qin
Microaerobic Fe(Ⅱ) oxidation coupled to carbon assimilation processes driven by microbes from paddy soil
稻田土壤微生物驱动的微氧 Fe(Ⅸ) 氧化与碳同化过程耦合
DOI:--
发表时间:2019
期刊:中国科学 地球科学(英文版)
影响因子:--
作者:Li Xiao-Min;Mou Shan;Chen Ya-Ting;Liu Tong-Xu;Dong Jun;Li Fang-Bai
通讯作者:Li Fang-Bai
Novel Syntrophic Isovalerate-Degrading Bacteria and Their Energetic Cooperation with Methanogens in Methanogenic Chemostats
新型共养异戊酸降解细菌及其与产甲烷恒化器中产甲烷菌的能量合作
DOI:10.1021/acs.est.0c01840
发表时间:2020-08-04
期刊:ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
影响因子:11.4
作者:Chen, Ya-Ting;Zeng, Yan;Tang, Yue-Qin
通讯作者:Tang, Yue-Qin
石灰性水稻土中亚铁氧化耦合碳同化的微生物机制
- 批准号:42377312
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:49万元
- 批准年份:2023
- 负责人:陈娅婷
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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