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研究成果

Journal of Cleaner Production/Chemosphere—周培教授团队在揭示次生盐渍化土壤生物修复机制方面取得系列重大进展

发布时间:2022-07-31 

近日,上海交通大学万博manbetx网页版在线登录周培教授团队在生态环境领域国际著名期刊Journal of Cleaner Production(IF = 11.072)和Chemosphere(IF = 8.943)连续在线发表了关于微生物修复次生盐渍化土壤的系列研究论文,题目分别为 “How bacteria remediate soil nitrate for sustainable crop production”,“A sustainable approach for removing nitrate: Studying the nitrate transformation and metabolic potential under different carbon source by microorganism 和 “A sustainable approach for bioremediation of secondary salinized soils: Studying remediation efficiency and soil nitrate transformation by bioaugmentation 。

我国设施栽培面积全球第一,约占全球设施栽培总面积的80%,设施栽培的发展基本上解决了我国长期以来蔬菜供应不足的问题。然而,随着设施栽培年限的增加,导致次生盐渍化障碍突出,土壤质量和可持续性受到严重威胁。目前,环境友好、低成本、轻简化的修复方法仍然缺乏,为解决这一瓶颈问题,团队从次生盐渍化土壤中筛选获得了一株巨大芽孢杆菌 (Bacillus megaterium) NCT-2。前期研究结果表明该菌株可以高效转化次生盐渍化土壤中的硝酸盐,对次生盐渍化土壤修复效果显著,但其修复转化土壤硝酸盐的途径、代谢潜能和对不同程度次生盐渍化土壤的修复效率尚不明确。因此,需要全面解析巨大芽孢杆菌NCT-2菌剂转化土壤硝酸盐的途径、效率及影响因素。

论文“How bacteria remediate soil nitrate for sustainable crop production通过15N同位素示踪、实时荧光定量PCR等手段阐明了巨大芽孢杆菌NCT-2在设施栽培次生盐渍化土壤中的氮转化途径和速率。结果表明,NCT-2菌株可以将有机氮矿化为NH4+,同时具有将NH4+固定为有机氮的能力,且固定为顽固性有机氮的比例更高(60-67%);菌株具有高效同化NO3-的能力(98.7%)和微弱的异化还原成铵(1.3%)能力,因此修复土壤中过量硝酸盐的同时可提高土壤氮素的循环利用;此外,菌株修复硝酸盐型次生盐渍化土壤的过程中可抑制反硝化作用,减少了温室气体N2O的排放。

论文A sustainable approach for removing nitrate: Studying the nitrate transformation and metabolic potential under different carbon source by microorganism分析了31种碳源下NCT-2菌株对不同程度次生盐渍化土壤微生物富集培养物中硝酸盐代谢的影响和途径偏好。结果发现,NCT-2菌株的加入增强了微生物群落将硝酸盐转化为铵的能力。同时,不同碳源显著影响了NCT-2菌株和土壤富集培养物代谢硝酸盐的潜能。综合氮素含量和微生物群落变化,总结得出土壤次生盐渍化程度、NCT-2菌株、碳源都是影响富集培养物微生物群落组成的主要因素。

论文A sustainable approach for bioremediation of secondary salinized soils: Studying remediation efficiency and soil nitrate transformation by bioaugmentation进一步探究了NCT-2菌剂对不同程度次生盐渍化土壤的修复效率,并揭示了修复效率存在差异的原因。研究发现NCT-2菌剂促进了土壤中硝酸盐的转化,但对不同程度次生盐渍化土壤的修复效果存在显著差异。菌剂对硝酸盐的转化量随土壤中硝酸盐含量的增加而增加,而在中度次生盐渍化土壤中,菌剂对硝酸盐的转化率最高。此外,NCT-2菌剂在不同程度次生盐渍化土壤中的硝酸盐代谢能力不同,且对土壤微生物群落组成的影响程度不同,导致修复效率出现差异。

上海交通大学万博manbetx网页版在线登录生态学博士生由义敏为论文第一作者,周培教授和张丹副研究员为通讯作者。周培教授团队多年来一直从事农业生境污染修复方面的研究,在Journal of Hazardous Materials、Environmental Pollution、Bioresource Technology、Science of The Total Environment等国际知名期刊发表多篇论文。

该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目支持。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129600;https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131169;https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134580。

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