太湖典型入湖河流氧化亚氮的微生物还原机制与迁移过程研究

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基本信息

  • 批准号：
    41877344
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    61.0万
  • 负责人：
    宋康
  • 依托单位：
    中国科学院水生生物研究所
  • 学科分类：
    D0711.污染物环境行为与效应
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Terrestrial ecosystem nitrogen transported from estuaries to lakes by rivers, the denitrification process in Inflow Rivers has effects on lake nitrogen inputs. Nitrous oxide (N2O) as a strong greenhouse gas has aroused international concern in recent years. As an intermediate product of denitrification process, it can indirectly reflect the denitrification efficiency in aqueous system. N2O reducing bacteria determined the reduction process of N2O to N2, its distribution, activity and environmental factors in lakes and rivers contributed to N2O emission together. Previous studies on N2O in lakes focuses on flux and emission characters, only few research aims at N2O reducing bacteria study. This study will select typical inflow rivers, estuaries and different lake-area of Taihu Lake, investigate the temporal and spatial characteristics of N2O emission, analyze the structure characteristics of N2O reducing bacteria communities, and identifies the key environmental factors which will affect N2O emissions. Secondly, the lab scale membrane aerated bioreactor will be fabricated to immobilize, cultural and separate N2O reducing bacteria, the biokinetic characteristics of N2O reducing bacteria under varies environmental condition will be analyzed. The N2O migration and transformation process at the suspended particle interface in river-lake ecosystem will be analyzed based on molecular biology and stable isotope techniques. Finally, this study will enhance the understanding of key biological process of N2O reduction to N2 and provide scientific basis for the management of N2O emission in river-lake ecosystem.
陆地生态系统中的氮素由河流输运经河口汇入湖泊，入湖河流中的反硝化作用显著影响湖泊氮素输入。氧化亚氮（N2O）是近年来国际广泛关注的强效温室气体，作为反硝化作用中间产物可间接反映水体脱氮效率。N2O还原为N2的关键生物过程由N2O还原细菌决定，其在河流与河湖生态系统中的分布、活性及非生物环境因子共同影响N2O的排放。目前针对河流湖泊N2O的研究侧重于通量与排放特征，对N2O的微生物还原过程研究甚少。本研究选择太湖典型入湖河流、河口及不同特征湖区，调查N2O排放时空特征，分析N2O还原细菌群落结构特征，识别影响N2O排放的关键环境因子；构建室内膜生物反应器富集和分离系统，研究不同环境条件下N2O还原细菌的生物动力学特征；基于分子生物学和稳定同位素技术分析河湖生态系统中悬浮颗粒界面N2O迁移转化过程。加深对河湖生态系统N2O还原成N2关键生物过程的认识，为河湖生态系统管控N2O排放提供科学依据。

结项摘要

陆地生态系统中的氮素由河流输运经河口汇入湖泊，河流反硝化作用影响湖泊氮素输入。目前针对河流湖泊N2O的研究侧重于通量与排放特征，对N2O的微生物还原过程研究甚少。本研究以太湖为主要研究地点，深入分析了太湖典型入湖河流N2O通量变化的微生物作用机制。项目调研了城市、农业入湖河流的N2O排放模式差异；分析了影响N2O排放通量的关键环境因子；高通量测序确定了微生物群落结构差异；解析了不同生境下微生物群落结构差异和N2O排放相关的功能微生物丰度；利用共发生网络分析了N2O排放相关功能微生物与其他微生物之间的竞争和合作关系。在室内进行了N2O还原纯菌的富集、分离、纯化及动力学特征分析。通过野外调查和室内模拟实验，系统阐明了典型入湖河流SPS浓度和粒径特征影响N2O排放的微生物作用机制。研究结果指出：太湖农业区域入湖河流的N2O排放通量显著高于城市区域入湖河流。风速和硝酸盐分别是影响太湖农业和城市入湖河流N2O排放通量的关键因子。nirK型反硝化细菌是城市入湖河流中主导的产N2O微生物，而nirS型反硝化细菌是所有河流底泥中主导的消耗N2O的微生物。构建了藻类浓度与N2O排放通量之间的非线性模式。以醋酸盐为低浓度电子供体时nosZI型N2O还原菌为主导菌，且分离菌株主要为Pseudomonas sp.。碳源浓度增加显著增加了N2O最大还原速率（Vmax）和N2O半饱和常数（Km），N2O功能微生物性质的改变会导致N2O排放通量的差异。本研究加深了对河湖系统N2O还原过程的认识，为河湖生态系统N2O减排提供科学依据。

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（0）
Aerobic denitrification affects gaseous nitrogen loss in biofloc-based recirculating aquaculture system
好氧反硝化对生物絮团循环水养殖系统气态氮损失的影响
  • DOI：
    10.1016/j.aquaculture.2020.735686
  • 发表时间：
    2020-12-15
  • 期刊：
    AQUACULTURE
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    Deng, Min;Li, Lu;He, Xugang
  • 通讯作者：
    He, Xugang
Eutrophication triggers the shift of nutrient absorption pathway of submerged macrophytes: Implications for the phytoremediation of eutrophic waters
富营养化引发沉水植物营养吸收途径的转变：对富营养化水域植物修复的启示
  • DOI：
    10.1016/j.jenvman.2019.03.069
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Environmental Management
  • 影响因子：
    8.7
  • 作者：
    Xu Xiaoguang;Zhou Yiwen;Han Ruiming;Song Kang;Zhou Xiaohong;Wang Guoxiang;Wang Qilin
  • 通讯作者：
    Wang Qilin
Nitrogen removal by heterotrophic nitrifying and aerobic denitrifying bacterium Pseudomonas sp. DM02: Removal performance, mechanism and immobilized application for real aquaculture wastewater treatment
异养硝化和好氧反硝化细菌假单胞菌脱氮。
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2020.124555
  • 发表时间：
    2021-02-01
  • 期刊：
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Deng, Min;Zhao, Xiaoli;He, Xugang
  • 通讯作者：
    He, Xugang
Microplastics distribution characteristics in typical inflow rivers of Taihu lake: Linking to nitrous oxide emission and microbial analysis
太湖典型入流河流中微塑料分布特征：与一氧化二氮排放和微生物分析的联系
  • DOI：
    10.1016/j.watres.2022.119117
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Water Research
  • 影响因子：
    12.8
  • 作者：
    Lu Li;Fangbai Li;Min Deng;Chenxi Wu;Xiaoli Zhao;Kang Song;Fengchang Wu
  • 通讯作者：
    Fengchang Wu
Impact and microbial mechanism of continuous nanoplastics exposure on the urban wastewater treatment process.
连续暴露纳米塑料对城市废水处理过程的影响和微生物机制。
  • DOI：
    10.1016/j.watres.2022.119017
  • 发表时间：
    2022-08
  • 期刊：
    Water Research
  • 影响因子：
    12.8
  • 作者：
    Kang Song;Yunpeng Xue;Lu Li;Min Deng;Xiaoli Zhao
  • 通讯作者：
    Xiaoli Zhao

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其他文献

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  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • DOI：
    10.16798/j.issn.1003-0530.2016.08.06
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李元稳;何世文;李春国;欧飞飞;宋康;杨绿溪
  • 通讯作者：
    杨绿溪

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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

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          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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