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陆雅海

陆雅海个人资料:陆雅海,,中国农业大学教授(校特聘)、博士生导师、长江学者,在NATURE、SCIENCE等SCI源期刊上发表论文多篇,用现代分子生态技术和稳定同位素示踪技术相结合的手段研究了水稻根际碳循环的关键微生物种群和功能,用RNA稳定同位素探针技术在水稻根系发现了一组新古菌的产甲烷功能。……
资料更新时间:2021-07-15 03:41:08

行业人物 科研人员 教师

一、个人资料简介

陆雅海,,中国农业大学教授(校特聘)、博士生导师、长江学者,在NATURE、SCIENCE等SCI源期刊上发表论文多篇,用现代分子生态技术和稳定同位素示踪技术相结合的手段研究了水稻根际碳循环的关键微生物种群和功能,用RNA稳定同位素探针技术在水稻根系发现了一组新古菌的产甲烷功能。

二、学历

1994-1998:浙江农业大学(现浙江大学)土壤农化系,博士(课程)。

1995-1998:国际水稻研究所土壤与水科学系,博士(论文)。

1985-1988:浙江农业大学土壤农化系,硕士。

1979-1983:浙江农业大学土壤农化系,学士。

三、工作经历

2004-至今:中国农业大学教授,博士生导师。

2002-2004:德国马普学会陆地微生物学研究所,客座研究员。

2000-2002:日本名古屋大学农学院,日本科技振兴协会特别研究员。

1999:国际水稻研究所,联合国发展计划署全球环境研究计划项目顾问。

1988-2000:中国水稻研究所,助理研究员、副研究员。

四、学术兼职

2008-至今:国际学术刊物《FEMS Microbiology Ecology》编委

2006-至今:国际微生物生态学会杂志《Microbial Ecology》编委

2006-至今:国际微生物生态学会会员

2005-至今:中国土壤学会土壤生物与生化专业委员会委员

2005-至今:中国微生物学会会员

2004- 至今:《Microbial Ecology》、《Soil Biology and Biochemistry》、《Plant and Soil》、《Nutrient Cycling in Agroecosystems》、《生态学报》、《应用生态学报》、《植物病理学报》和《植物营养学报》等杂志评审人

五、荣誉记录

2006年获国务院政府特殊津贴

2006年当选为教育部“长江学者特聘教授”

2006年获国家自然科学基金委员会杰出青年基金资助

2006年入选教育部新世纪优秀人才支持计划

2006年获北京市“教育创新标兵”称号

2002年获德国马普学会博士后奖学金

2000年获日本科技振兴协会特别研究员奖学金

1999年获浙江省科技进步二等奖

1995年获菲律宾国际水稻研究所博士研究生奖学金

2017年8月1日,陆雅海入围2017年中国科学院院士增选初步候选人名单。

六、研究领域

l 分子微生物生态和环境基因组学

l 环境微生物多样性与生态功能

l 环境物质转化的微生物学机理

七、教学工作

l 本科生《环境微生物学》

l 硕士研究生《环境微生物与分子生态学》

l 博士生《资源环境生物技术SEMI》

八、承担项目

2006-2011:主持中国农大-德国马普分子微生物生态伙伴实验室合作项目“水稻土碳氮转化微生物学机理”。

2007-2010:主持国家自然科学基金杰出青年基金“土壤生物学”(项目编号:40625003;经费:200万元)。

2008-2010:主持国家科技部高新技术863项目“多环芳烃污染土壤的根际微生物原位修复技术” (项目编号:SQ2007AA06Z329344;经费:98万元。

2009-2012:主持国家自然科学基金重点项目“干湿交替条件下水稻土的碳循环特征及微生物学机理”(项目编号:40830534;经费:200万元)。

2006.1-2008.12:主持国家自然科学基金面上项目“稻田植物残体降解过程及其关键微生物种群和功能研究”(项目编号:40571080;经费:42万元)。

2004.10-2007.9:主持中国农业大学人才基金“土壤微生物分子生态和环境生物技术”(项目编号:10022521;经费:100万元)。

2004.10-2006.12:主持农业部948重大国际合作项目子课题“养分资源综合管理的土壤微生物生物技术”(项目编号:2003-Z53;经费:15万元)。

2004.10-2006.12: 德国马普学会陆地微生物学研究所合作研究项目“水稻根际甲烷氧化细菌的稳定同位素探针研究”(项目编号:DFG395;经费:20万元)。 2002.6-2004.10:德国马普学会陆地微生物学研究所客座研究员奖学金项目。从事水稻根际微生物群落结构、生态功能和生物多样性研究。

2000.5-2002.5:日本名古屋大学农学院,日本科技振兴协会特别研究员奖学金项目。从事水稻光合碳循环及微生物机理研究。

1999.3-1999.12:参加国际水稻研究所联合国发展计划署全球环境研究基金项目“亚洲地区稻田甲烷释放研究”( 编号:GLO/91/631;总经费:600万美元)。

1999.1-2002.1:主持浙江省自然科学基金“水稻根释放碳激发稻田甲烷产生及释放的研究”(编号:498011;经费:4万元)。

1993.1-1999.12:参加国际水稻研究所联合国发展计划署全球环境研究合作项目“亚洲地区稻田甲烷释放研究”(编号:GLO/91/631;总经费:600万美元)。

1985.4-1989.12:参加浙江省u2018八五u2019攻关课题“稻田以水带氮深施技术”项目。

九、国际合作

德国马普学会陆地微生物学研究所Conrad教授;

德国国家生物技术研究中心Abraham教授;

荷兰生态研究院陆地生态研究中心Kowalchuk教授;

日本名古屋大学Kimura教授、Watanabe教授;

法国农业环境研究中心Bouchez教授;

瑞典国立研究院Noll博士。

十、代表性成果

长期以来在水稻土微生物学和碳素转化领域开展了一系列研究,主要学术成绩是:建立了研究土壤微生物结构和功能的稳定同位素探针技术, 解决了长期以来难以对土壤微生物进行原位研究的技术难题;发现一组未培养古菌在水田甲烷生产中的重要作用;揭示水稻光合同化碳被土壤微生物快速利用的现 象;量化了水稻光合同化碳在地上和地下部的分配规律。共发表SCI论文15篇,其中第一作者12篇;2001年以来发表SCI论文8篇,第一作者7篇,1 篇发表在美国《Science》杂志,2001年以来被SCI总引用117次,他引97次。

(一)土壤微生物研究方法取得突破

土壤微生物是土壤最活跃的成分,但长期以来土壤微生物常常被看作是一个“黑匣子”,缺乏有效研究方法是对土壤微生物深入研究的主要障碍。我们以稳定同位素示踪技术为主要研究手段,结合环境微生物研究技术的最新进展,在水稻根际微生物研究方法上取得了突破性进展。

自上世纪90年代以来,通过用16S rRNA基因等分子生物技术手段,土壤微生物学家发现土壤中99%以上微生物难以用传统分离培养方法研究,因此,对土壤微生物的研究十分依赖于研究方法的 创新。2000年英国学者在《Nature》首次报道了用DNA指纹分析与稳定同位素示踪技术相结合的方法研究土壤甲基氧化细菌,该方法成为原位连接土壤 微生物种群结构和功能的有力工具。但该方法自面世以来基本都只在实验室进行稳定同位素的富集标记,缺乏真正的“原位研究”意义,它们在原位应用碰到的最大 困难是同位素稀释和微生物种群之间的交叉标记。我们针对上述困难进行了一系列技术改进,通过增加脉冲标记次数解决了同位素标记不足的问题,通过设立平行的 非标记处理以效正交叉标记的影响,最终在“水稻-土壤-微生物”原位系统取得突破(图1)。研究结果发表在美国《Science》杂志后得到了国际同行的 广泛关注和高度评价,美国微生物科学院理事(Fellow of the American Academy of Microbiology)、欧盟微生物学会杂志《FEMS Microbiology Ecology》主编 Prosser教授指出:“学术界过去对u2018植物-土壤微生物u2019的相互作用进行了大量研究,但主要问题没有解决,现在,稳定同位素探针技术提供了解决这些问 题的途径”。德国马普学会的Friedrich教授也指出“Lu和Conrad跟踪了植物光合碳进入水稻根际产甲烷古菌的过程,是一项完美的RNA稳定同 位素探针研究”。

(二)发现一组尚未培养的新古菌在水田甲烷生产中重要作用

通过用RNA稳定同位素探针技术,我们发现水稻光合同化碳通过 根系分泌作用很快进入土壤,并使一组未培养古菌(暂名为RC-I)获得显著13C标记,研究揭示了这类古菌在水稻根际碳转化和甲烷生产中的关键作用。为进 一步理解RC-I古菌的生理生态特性,我们又用DNA稳定同位素探针技术研究了根表面的古菌活性对H2浓度的响应,结果证实RC-I古菌在水稻根际的 CO2还原和甲烷生产过程中起主要作用,并且在自然的低H2条件下特别活跃。RC-I古菌是一类尚未分离培养的产甲烷古菌,自1998年最早在意大利水稻 土被发现后,已经在全球各地的水稻土、泥炭土、湖泊沉积物和污染水体等环境中被检测到,其广泛分布性暗示它们在全球碳转化过程中可能起重要作用。但因为 RC-I古菌非常难以分离培养,至今学术界对这类新古菌区系的生理生态特性的理解非常有限。我们分别用RNA和DNA稳定同位素探针技术在原位条件下,发 现了它们在水稻根际的产甲烷功能和生理生态特性。研究结果发表在《Science》和《Environmental Microbiology》后,引起了国际学术界的广泛关注和评论。马普学会的Friedrich教授指出:“活跃于厌氧环境的产甲烷古菌目前还非常难以 分离和培养,Lu等(2005)用DNA稳定同位素探针技术发现RC-I古菌在自然的低氢浓度下特别活跃,用RNA稳定同位素探针技术,他们进一步证实在 水稻根际原位环境中,RC-I古菌在利用植物来源性碳生成甲烷的过程中起了主要作用,这些关于RC-I古菌的生态生理特性的重要发现为将来分离培养它们提 供了重要线索”。英国Whiteley教授评论指出:“通过对水稻进行13C-CO2脉冲标记,Lu和Conrad(2005)证明目前尚未培养的RC- I古菌能利用最新的水稻光合产物。该工作堪称是一项理想巧妙的RNA稳定同位素研究,其重要价值在于指出了RC-I古菌可能在全球甲烷排放中起重要作用 ”。Prosser教授指出:“Lu和Conrad(2005)用RNA稳定同位素探针技术在水稻根际发现RC-I古菌的产甲烷功能后,又用DNA稳定同 位素探针技术在离体水稻根系辨别了不同生理型的产甲烷古菌区系,这项研究证明了稳定同位素探针技术在原位研究不同生理特性微生物区系的功能上具有很大潜力 ”。

(三)发现革兰阴性细菌和革兰阳性的梭菌簇在水稻根际碳循环中的重要作用

磷酯脂肪酸(PLFA)分析技术是研究土壤微生物种群多样性 的有效手段之一。我们用该方法测定了水稻光合同化碳被不同土壤微生物种群利用的规律(Lu等2004a)。水稻植株经13CO2脉冲标记后,提取根际土壤7,w7, 18:1w样品,用高精确度的GC-C-IRMS系统定量分析13C标记的磷酯脂肪酸指纹图谱。结果发现直链单不饱和脂肪酸(16:1 9)受到13C显著标记,这类脂肪酸代表革兰阴性细菌和革兰阳性的梭菌簇(Clostridia),表明这两类细菌在水稻根际碳循环中起主要作?18:1 用。英国Evershed教授撰文指出:“Lu等(2004a)的研究提供了植物与微生物相互作用的有力证据,并清楚展示了13C标记方法在植物与土壤微 生物相互作用研究领域的应用前景”。

(四)量化了水稻光合同化碳对土壤微生物量的贡献

用稳定同位素示踪技术结合微生物量测定的经典方法 (氯仿熏蒸法),我们定量分析了水稻光合同化碳对土壤微生物量的贡献(Lu等2002a),结果发现光合产物向土壤微生物量快速转移的现象,并发现水稻种 植一季后植物对微生物量的贡献约占总微生物量的三分之一。该研究证明了土壤微生物活动与植物光合作用的紧密关系,为量化水稻土微生物量的动态变化提供了理 论基础。

(五)揭示了水稻光合同化碳在地上与地下不同碳库的分配规律

植物光合同化碳在地上-地下部的分配规律是理解地上与地下(土壤)生 命相互作用的关键,通过对国际上常用的同位素连续标记法和脉冲标记法进行整合改进,发现水稻向土壤输入的光合产物随植物生长而减少(Lu等2002b), 但水稻光合同化碳对土壤水溶性有机碳和微生物量的贡献在水稻生长中期出现最大值 (Lu等2002a, 2004b)。该研究为全面理解水稻光合同化碳在“植物-土壤”系统不同碳库的循环转化提供了理论基础。

(六)发现水稻根际活跃的甲烷氧化菌

用稳定同位素探针技术首次在田间条件下研究了氮肥对水稻根际甲烷氧化菌群落和功能的影响,发现I型甲烷氧化菌在水稻根际起主要作用,其甲烷氧化功能不受氮肥使用的影响(Qiu等2008)。

(七)揭示了水稻植物残体降解过程中产甲烷古菌的动态变化及关键调控因子

在厌氧培养条件下,详细比较了秸秆和根系残体的降解过程,用克隆、测序和T-RFLP指纹分析技术研究了降解过程中产甲烷古菌的动态变化以及培养温度的影 响,发现培养体系中产甲烷古菌的主要底物H2和乙酸浓度是调控产甲烷古菌群落结构的关键因子;从理论上揭示了产甲烷古菌在田间条件下动态变化的机理 (Peng等2008)。

十一、学术会议报告

参加相关国际学术会议15次,其中在根际微生物方面被邀请作口头报告6次:

1、 第15届国际植物营养大会, 2005年9月14-15 日,中国北京, “Detecting the active prokaryotes in the plant rhizosphere using stable isotope probing”。

2、第二届微生物环境基因组学国际会议,2005年6月12-15日,中国上海,“Stable isotope probing of active prokaryotes on rice roots”。

3、第一届国际根际大会,2004年9月12-17日,德国慕尼黑,“Acetogenic bacteria on rice roots identified by stable isotope probing”。

4、日本土壤与肥料学会年会,2002年4月2-4日,日本名古屋,“ Distribution and microbial utilization of photosynthesized carbon in a rice paddy”。

5、 日本土壤与肥料学会年会,2001年4月2-4日,日本高知, “Distribution of photosynthetically fixed C in irrigated rice: I. Contribution to soil dissolved organic C and microbial biomass”。

6、国际水田甲烷排放研讨会,1998年8月21-26 日,中国北京,“The role of root-derived carbon on methane production and emission from rice paddy”。

十二、发表论文

[1] Chen Y, L Wu, R Boden, A Hillebrand, D Kumaresan1, H Moussard, M Baciu, Y Lu, JC Murrell. 2009. Life without light: microbial diversity and evidence of sulfur- and ammonium-based chemolithotrophy in Movile Cave. The ISME Journal 3:1094 u2013 1104. (shared first author)

[2] Qiu Q, R Conrad, Y Lu*. 2009. Cross feeding of methane carbon among bacteria on rice roots revealed by DNA-stable isotope probing. Environmental Microbiology Reports 1:355 u2013 361.

[3] Rui J, J Peng, Y Lu*. 2009. Succession of bacterial populations during plant residue decomposition in rice field soil. Applied & Environmental Microbiology 75: 4879-4886.

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[5] Wu L, K Ma, Y Lu*. 2009. Prevalence of betaproteobacterial sequences in nifH gene pools associated with roots of modern rice cultivars. Microbial Ecology 57: 58-68.

[6] Wu L, K Ma, Y Lu*. 2009. Rice roots select for type I methanotrophs in rice field soil. Systematic & Applied Microbiology 32: 421-428

[7] Wu L, K Ma, Q Li, X Ke, Y Lu*. 2009. Composition of archaeal community in a paddy field as affected by rice cultivar and N fertilizer. Microbial Ecology 58:819 u2013 826.

[8] Yuan Q, Y Lu*. 2009. Response of methanogenic archaeal community to nitrate addition in rice field soil. Environmental Microbiology Reports 1:362 u2013 269.

[9] Yuan Y, R Conrad, Y Lu*. 2009. Responses of methanogenic archaeal community to oxygen exposure in rice field soil. Environmental Microbiology Reports 1:347 u2013 354.

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[13] Yang L, FS Zhang, RZ Mao, XT Ju, XB Cai, Y Lu*. 2008. Conversion of Natural Ecosystems to Cropland Increases the Soil Net Nitrogen Mineralization and Nitrification in Tibet. Pedosphere 18:699-706.

[14] Lu Y, W-R Abraham, R Conrad. 2007. Spatial variation of active microbiota in the rice rhizosphere revealed by in situ stable isotope probing of phospholipid fatty acids. Environmental Microbiology 9:474-481.

[15] Lu Y, D Rosencrantz, W Liesack, R Conrad. 2006. Structure and activity of bacterial community inhabiting rice roots and the rhizosphere. Environmental Microbiology 8: 1351-1360.

[16] Lu Y, R Conrad. 2005. In situ stable isotope probing of methanogenic archaea in the rice rhizosphere. Science 309:1088-1090.

[17] Lu Y, T Lueders, MW Friedrich, R Conrad. 2005. Detecting active methanogenic populations on rice roots using stable isotope probing. Environmental Microbiology 7:326-336.

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[19] Lu Y * , A Watanabe, M Kimura. 2004. Contribution of plant photosynthates to dissolved organic carbon in a flooded rice soil. Biogeochemistry 71:1-15.

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[21] Lu Y * ,A Watanabe, M Kimura. 2003. Carbon dynamics of rhizodeposits, root- and shoot-residues in a rice soil. Soil Biology & Biochemistry 35:1223-1230.

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[24] Lu Y * ,JRM Arah, R Wassmann and HU Neue. 2000. Simulation of methane production in anaerobic rice soils by a simple two-pool model. Nutrient Cycling in Agroecosystems 58:277-284.

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[26] Lu Y * ,R Wassmann, HU Neue and C Huang. 2000. Dissolved organic carbon and methane emissions from a rice paddy fertilized with ammonium and nitrate. Journal of Environmental Quality 29:1733-1740.

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[29] Wassmann R, RS Lantin, HU Neue, LV Buendia, TM Corton and Y Lu.2000. Characterization of methane emissions from rice fields in Asia. III. Mitigation options and future research needs. Nutrient Cycling in Agroecosystems 58:23-36.

[30] Lu Y, R Wassmann, HU Neue and C Huang. 1999. Impact of phosphorus supply on root exudation, aerenchyma formation and methane emission of rice plants. Biogeochemistry 47:203-218.

十三、院士候选

2015年7月31日,入选中国科学院院士增选初步候选人名单。

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