环境因子对挺水植物根系甲烷氧化与脱氮功能耦合的调控机制
批准号:
42103078
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘菊梅
依托单位:
学科分类:
生物地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘菊梅
中文摘要
根区脱氮甲烷氧化菌在湿地碳/氮循环中起着重要的桥梁作用。目前,挺水植物根系甲烷氧化与脱氮功能耦合机制及对环境因子的响应机理尚不清楚。因此,本项目拟以甲烷氧化活跃的湿地挺水植物根系为研究对象,以潜在的调控因素O2、CH4、NO3-、NO2-作为处理因子,设置“血清瓶-NMS培养无土植物根系-同位素标记”的室内控制实验,采用基于RNA的定量PCR、功能基因高通量测序,酶联荧光原位杂交等技术,识别和定位根系介导甲烷氧化与脱氮耦合的关键活性菌群。采用纯培养技术,检测纯菌株甲烷氧化与脱氮功能基因的表达特性,结合植物种类、生长阶段和植物根组织形态,揭示关键环境因素对挺水植物根系甲烷氧化与脱氮功能耦合的调控机制,研究结果可望在理论上有所突破,可为减缓湿地温室气体释放和水体富营养化治理技术研发提供科学依据。
英文摘要
Denitrifying methantrophs of plant root form an important bridge between the global carbon and nitrogen cycles in wetland. The root zone (root and rhizosphere) of wetland plants is under aerobic conditions and allows the growth of aerobic methanotrophs. However, it remains unclear that coupling mechanism of methane oxidation and denitrification by denitrifying methantrophs and their response to environmental factors in emergent plant roots. We wanted to address active and mechanism of methane oxidation and denitrification by aerobic methanotrophs and how specific environmental conditions select for this coupling process in emergent plant roots. The present study examine (i) detect the active denitrifying methantrophs and determine the related roles to methane oxidation and denitrification; (ii) explore the underlying coupling mechanism of methane oxidation and denitrification and their environmental controls using isotopic tracing technique, pure culture technique, functional gene abundance, high throughput sequencing, RNA-seq, and and network analyses. Moreover, the research will provide theoretical basis for apply plant microbes symbioses to resolve the problems of CH4 emission and wetlands eutrophication.
植物根关联的甲烷氧化菌在湿地碳氮循环中起着重要的桥梁作用。挺水植物根系甲烷氧化与氮循环功能耦合机制及对环境因子的响应机理尚不清楚。本项目以甲烷氧化活跃的湿地芦苇根系为研究对象,通过设置“血清瓶-NMS培养无土植物根系-同位素标记”的室内控制实验、高通量测序、宏转录测序、定量PCR技术,酶联荧光原位杂交技术,对芦苇等挺水植物根区的好氧甲烷氧化菌的甲烷氧化、脱氮/固氮活性进行检测,并识别能够具有碳氮耦合功能的活性微生物,进一步对好氧甲烷氧化菌在根系组织中的生物定位等开展研究。本研究明确了挺水植物根系对type I型和type II型甲烷氧化菌群有富集作用,尤其对Methylomonas和Methylocystis有选择作用;提供了自然湿地中type I甲烷氧化菌中含有亚硝酸盐还原基因(nirS基因)的分子证据,这说明type I甲烷氧化菌具有脱氮的基因潜力;然而在转录水平上type I甲烷氧化菌没有检测到脱氮活性,但type I与type II甲烷氧化菌却具有明显的固氮活性,且主要的活性甲烷氧化菌是Methylomonas和Methyosinus。脱氮甲烷氧化耦合所需的氧气很低,一般低氧环境条件可能不足以激活该反应的发生。目前在湿地植物根系这个生境中甲烷氧化菌同时介导甲烷氧化和脱氮作用尚没有证实。后续的研究中,需在更广泛的生境中进一步探索,同时优化植物mRNA的去除效率以获取更多有效转录本。此外,在芦苇通气组织周围和维管束中定位到了type I甲烷氧化菌。揭示了根系pH(中度碱性)、根表皮低氧、高C:N需求等环境因素对挺水植物根系甲烷氧化与固氮功能的耦合起到主要调控作用。这些发现表明,CH4驱动了几种微生物介导的碳氮循环,有助于减少温室气体排放和促进水生植物生长。
耐淹植物根系分泌物有机酸对湿地甲烷碳同化与固氮功能耦合的调控机制
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:刘菊梅
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依托单位:
国内基金
海外基金