根系分泌物影响原位根际磷酸三(2-氯乙基)酯降解功能微生物群落的机制研究
批准号:
42107276
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:
江龙飞
依托单位:
学科分类:
环境地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
江龙飞
中文摘要
土壤中的磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)对生态环境和人体健康构成了严重威胁。根际环境,尤其是根系分泌活动,可以加速土壤微生物对TCEP的降解和转化,但其机理尚不清楚。本项目拟以黑麦草和紫花苜蓿为模型植物,通过比较TCEP在根际和非根际样品中降解过程的差异,揭示根际效应对TCEP降解效率及降解途径的影响;采用DNA-稳定性同位素探针技术对根际、非根际土壤进行标记,直接鉴定在原位环境中参与TCEP降解的功能微生物物种,结合宏基因组分析降解功能微生物基因组及降解基因特征,明确根际效应在功能微生物群落演化中的作用;借助傅里叶变换离子回旋共振质谱获得根系分泌物指纹图谱,解析不同根系分泌物与TCEP降解功能微生物群落、降解微生物基因之间的关系,揭示根系分泌物作用原理,阐明根际效应的潜在机制。本研究旨在探究根系分泌物在根际效应中的作用,为微生物根际调控提供理论依据,并服务于TCEP污染土壤修复。
英文摘要
Tris(2-chloroethyl) phosphate (TCEP) in soil threatens environment and human health heavily. Rhizosphere, especially the root exudates, can promote TCEP microbial degradation and transformation. However, its mechanism is still unknown. In the present study, the role of rhizosphere effects on the TCEP metabolizing will be elaborated by comparing the TCEP degradation kinetic characteristics in non-rhizosphere with rhizosphere samples. DNA stable isotope probing will be employed to directly link unknown functional microbes to TCEP degradation in the non-rhizosphere and ryegrass/alfalfa rhizosphere soils. With the aid of metagenome sequencing, the genomic information of TCEP degraders will be characterized and the degradation mechanism will be revealed. The composition of root exudates will be further resolved by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer, and their roles on TCEP degraders’ community and genes will be disclosed, which is important for revealing the mechanism of rhizosphere effects. Our research will resolve the role of root exudates on rhizosphere effect, which is crucial for constructing the efficient plant-microbe system to enhance TCEP contamination remediation.
土壤中的磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)对生态环境和人体健康构成了严重威胁。根际环境,尤其是根系分泌活动,可以加速土壤微生物对TCEP的降解和转化,但其机理尚不清楚。本项目以黑麦草为模型植物,采用DNA-稳定性同位素探针技术对根际、非根际土壤进行标记,直接鉴定在原位环境中参与TCEP降解的功能微生物物种,结合降解功能微生物基因组及降解基因分析,对根际效应强化TCEP微生物降解机制进行了解析。研究结果发现,黑麦草能分泌氨基酸及其衍生物、生物碱、有机酸、糖类、核苷酸及其衍生物等多种根系分泌物,改变TCEP降解微生物种类,提高降解微生物丰度,增加降解基因含量,促进TCEP降解代谢。分析代谢产物发现,一部分TCEP经磷酸酶水解代谢,一部分则先发生氯原子取代,根际环境能有效强化第二部分水解脱氯过程,加速TCEP代谢。进一步研究发现,在植物死亡后,根系腐烂同样能有效提升有机磷代谢基因丰度,强化土壤中TCEP的微生物降解过程,且能比根际效应更快发挥作用。其中,根系腐烂主要改变现有微生物丰度,根际处理则可以直接改变微生物种类。实验证实,植物调控土壤中微生物磷酸酶含量是促进TCEP降解的关键,因此我们猜测植物磷代谢需求可能是植物分泌根系分泌物调控TCEP降解微生物的重要机制。基于此,本研究开展植物磷营养调控关键激素独脚金内酯添加实验。结果表明,独脚金内酯能有效改善植物磷利用效率,减少对土壤磷吸收的需求,减弱对有机磷代谢微生物的招募活动,从而降低了TCEP的降解效率,该结果证明植物磷代谢过程在根际TCEP微生物降解调控中的关键作用。本研究通过探究植物在根际TCEP降解中的作用机制,为微生物根际调控提供理论依据,有望服务于TCEP污染土壤修复。
微生物介导的土壤有机磷酸酯生物地球化学研究
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批准号:42577268
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项目类别:面上项目
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资助金额:49.00万元
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批准年份:2025
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负责人:江龙飞
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依托单位:
国内基金
海外基金