水稻生物硝化抑制剂1,9-癸二醇与丁香酸的协同效应与机制
批准号:
32072670
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
陆玉芳
依托单位:
学科分类:
植物营养基础
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陆玉芳
中文摘要
我国集约化农业面临氮素利用率低和环境污染严重的问题。抑制硝化作用是走出氮素困境的有效途径之一。利用植物源生物硝化抑制剂(BNIs)是一种高效环境友好的新策略,但根际不同BNIs之间的协同效应与机制不清楚。在水稻中,我们除了首次发掘到1,9-癸二醇,最近又鉴定到一种根系分泌的新型BNIs——丁香酸,并发现两者混合对抑制典型硝化菌株活性有协同增效作用。在本项目中,我们将进一步利用根系分泌物精细分离、GC-MS鉴定、高通量测序等技术,研究水稻BNIs1,9-癸二醇和丁香酸在根际环境中的协同分泌特征,阐明1,9-癸二醇和丁香酸抑制硝化的协同作用机制,揭示两者协同调控的土壤氨氧化微生物类群以及关键酶位点。在此基础上开展水稻土培实验,评价1,9-癸二醇和丁香酸在土壤-作物体系下对氮素增效减排的潜力。研究结果将为农田氮素高效利用和减少氮污染提供科学依据,服务于国家资源高效和绿色发展的需求。
英文摘要
China's intensive agriculture is facing the problems of low nitrogen utilization efficiency and serious environmental pollution. The inhibition of nitrification is one of the effective measures to get out of the nitrogen dilemma. The use of plant-derived biological nitrification inhibitors (BNIs) is considered as an efficient and environmentally friendly new strategy, but the synergistic effect and mechanism between different BNIs in the rhizosphere are unclear. In rice, in addition to the first discovery of 1,9-decanediol, we recently identified a new BNIs——syringic acid, and found that the combination of the two has a synergistic effect on the inhibition of the activity of typical nitrifying strains. In this project, we will further utilize techniques such as fine separation of root exudates, GC-MS and high-throughput sequencing to investigate the synergistic secretion characteristics of rice BNIs 1,9-decanediol and syringic acid in the rhizosphere, to clarify the synergistic mechanism of 1,9-decanediol and syringic acid in inhibiting nitrification, and to reveal the targeted soil ammonia-oxidizing microorganisms and key enzymes. Based on this, rice soil culture experiments were carried out to evaluate the potential of 1,9-decanediol and syringic acid to increase nitrogen use efficiency and reduce nitrogen pollution under the soil-crop system. This study will provide a scientific basis for improving nitrogen use efficiency and reducing nitrogen pollution in agriculture, and serve the national demand for efficient resource and green development.
抑制硝化作用是走出氮素困境的有效途径之一。利用植物源生物硝化抑制剂(BNIs)是一种高效环境友好的新策略,但根际BNIs的作用机制以及不同BNIs之间的协同效应不清楚。本项目以水稻源BNIs1,9-癸二醇与丁香酸为研究对象,利用转录组、同位素标记与高通量测序等技术,研究了1,9-癸二醇抑制硝化菌硝化过程的分子生理机制,探究了丁香酸对土壤硝化及N2O排放的调控作用与机制,解析了丁香酸与1,9-癸二醇抑制硝化的协同条件及机理,初探了水稻BNIs在土壤-作物体系下的氮素增效减排效果,取得的主要成果如下:1)发现了1,9-癸二醇对硝化酶活性的抑制强于细菌生长,通过非竞争型模式直接作用于氨单加氧酶AMO而非羟胺还原酶(HAO),主要调控了氮代谢、双组分系统、细胞运动等过程;2)揭示了丁香酸在酸性红壤和中性水稻土有显著的硝化抑制与N2O减排效应,通过调控土壤NH4+和DOC含量双抑制关键氨氧化微生物AOA和AOB;3)明确了丁香酸与1,9-癸二醇在中性和碱性条件下能协同抑制硝化,且协同作用与pH呈正比,并揭示了两者在碱性潮土上协同抑制硝化的微生物群落机制;4)初步明确了1,9-癸二醇减少不同农田土壤氮损失并提高氮素吸收的效果。上述研究结果深化了对水稻BNIs及组合调控硝化过程机理的认知,为今后BNIs的精准施用开辟新的途径和方法。执行期间已在Trends in Plant Science, Global Change Biology与 Biology and Fertility of Soils等杂志发表论文6篇,培养中科院青促会会员1名,研究生3名。
生物硝化抑制剂1,9-癸二醇对稻田N2O与NH3协同减排的效果与机制
-
批准号:32472840
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:50.00万元
-
批准年份:2024
-
负责人:陆玉芳
-
依托单位:
浮萍根系分泌物芥酸酰胺的释放留存特征及影响反硝化的作用机理研究
-
批准号:31501836
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:20.0万元
-
批准年份:2015
-
负责人:陆玉芳
-
依托单位:
国内基金
海外基金