阿特拉津降解菌LY-1和LY-2的降解特性及土壤修复能力的研究

发布时间：2020-05-28 19:07

【摘要】：除草剂阿特拉津在全世界都得到了广泛的应用,其使用历史已经超过40年,目前仍被大量使用。该物质具有结构稳定、残留期较长和不易被降解等特点,对人类的健康和自然环境都有着很大的威胁。本论文从农用玉米田的土壤中分离出对阿特拉津有较好降解效果的菌株,深入地研究了菌株的降解特性及其修复污染土壤的能力,为该除草剂的污染修复筛选出有价值的菌种资源。本研究利用富集法从黑龙江省哈尔滨市巴彦县施用多年阿特拉津的玉米地的表层土中分离出两株降解效果很好的降解菌株LY-1和LY-2,它们均能以该除草剂为唯一氮源生长。根据生理生化和16S rDNA序列的分析结果,初步鉴定这两株菌分别属于节杆菌属(Arthrobacter sp.)和肠杆菌属(Enterobacter sp.),这两株菌分别命名为Arthrobacter sp.LY-1和Enterobacter sp.LY-2,其中LY-2是第一次被详细报道的能降解阿特拉津的肠杆菌。利用已知的基因序列进行相应引物的设计,通过PCR检测,结果表明,LY-1含有与阿特拉津降解相关的基因trzN和atzBC,对测序后的序列进行比对,这三个基因与节杆菌(Arthrobacter aurescens)TC1基因序列的同源性均超过97%;LY-2含有atzABC基因,经过比对,这三个基因与节杆菌(Arthrobacter aurescens)TC1和假单胞菌(Pseudomonas sp.)ADP基因序列的同源性均超过98%,菌株LY-1和LY-2降解该除草剂得到的终产物均为没有毒性的氰尿酸。菌株LY-1和LY-2在48 h左右对100 mg/L的阿特拉津的降解率分别为99.5%和98.7%,这两株菌适宜的温度范围分别是20-35°C和25-35°C,适宜的pH范围分别是6.0-10.0和6.0-9.0,最适温度都是30°C,最适pH都是7.0,最佳的碳源分别是淀粉和蔗糖,外加氮源时并没有降低这两株菌对阿特拉津的降解率。后续实验中分别研究了菌株LY-1和LY-2对未灭菌的阿特拉津污染土壤的修复能力。结果表明,这两株菌对土壤中阿特拉津的降解与培养时间和接种到土壤中的菌落数密切相关。当接种菌株LY-1和LY-2的菌落数为1×10~6 CFU/mL时,在室温下培养7 d,降解率分别为70.9%和60.4%,若在室温下培养14 d,降解率分别增加到86.7%和84.1%;当接种菌株LY-1和LY-2的菌落数为1×10~8 CFU/mL时,在室温下培养7 d,降解率分别为90.6%和78.9%,若在室温下培养14 d,降解率分别增加到95.3%和90.1%。这两株菌可以在相对较短的时间内表现出良好的修复效果,在修复阿特拉津污染土壤方面有很大的应用价值。
【图文】：

图 1-1 阿特拉津的化学结构示意图Fig. 1-1 The chemical structure of atrazine地、玉米和高粱等田地中的某些一年生的禾本科或者阔长都能起到一定程度的抑制作用[6-8]。阿特拉津纯品的外状，熔点约在 172-174°C 之间，在水中的溶解度很小，较大，如在甲醇中约在 18 g/L 左右，氯仿中约在 52[9, 10]。在酸性或者碱性的条件下，该物质可以稳定的[11, 12]

1.4.3 阿特拉津的降解途径及降解基因利用微生物降解阿特拉津的方法已有多年的历史，在研究初期，科研人员并不认同这种方法[83]。随着研究的逐渐深入，从 1995 年开始，科研人员不断的筛选出多个可以将阿特拉津作为唯一氮源生长的菌株，，它们对该物质降解的主要过程大致有：脱烷基、水解和开环[84]。在这些菌株中 Arthrobacter aurescens. TC1 和 Pseudomonas sp. ADP 是研究除草剂阿特拉津的降解途径的模式菌株，其降解途径已经被详细的研究[61]。降解该除草剂的第一步多是脱氯水解，然后转化成羟基阿特拉津，由于未发现该产物有不良的影响，所以该过程对我们的生态环境很有意义[85]。该除草剂在 Arthrobacter aurescens TC1 的 trzN 基因所编码的阿特拉津脱氯水解酶作用下，转化为中间产物羟基阿特拉津，接着在其 atzB 和 atzC 基因所编码的羟基阿特拉津乙胺基水解酶和 N-异丙基氰尿酰胺异丙基水解酶的作用下，先将中间产物转化为 N-异丙基氰尿酰胺，最终转化为氰尿酸。Pseudomonas sp. ADP 则是在 atzA、atzB 和 atzC 基因所编码的酶的作用下生成氰尿酸，然后在 atzD、atzE 和 atzF 基因所编码的酶的作用下生成终产物 NH3和 CO2。微生物降解阿特拉津的途径见图 1-2[86]。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X172;X53

【参考文献】

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本文编号：2685690