土壤中手性除草剂2-甲-4-氯丙酸选择性降解与转化过程研究

发布时间：2020-07-06 21:34

【摘要】：手性苯氧羧酸类除草剂应用广泛,但其过量使用在带来污染的同时,也会威胁人类的健康。国内外学者对其选择性降解的研究十分广泛,但对其降解过程中碳同位素(13C/12C)分馏、相关功能基因丰度以及微生物群落变化的研究报道较少,对映体选择性降解与转化具体机制尚不明确。本文以外消旋(Rac-)、R型和S型这三种形态的典型手性除草剂2-甲-4-氯丙酸(2-(4-chloro-2-methylphenoxy)propanoic acid,mecoprop,MCPP)为研究对象,探究它们在四种土壤中的降解动力学、选择性降解与转化、同位素分馏效应,以及对土壤中微生物相关功能基因丰度与群落结构的影响。主要研究结果如下:(1)Rac-MCPP,R-MCPP和S-MCPP在土壤中的降解符合一级反应动力学模型,灭菌对照表明,MCPP在土壤中的降解与对映体分馏均由微生物引起。非灭菌条件下,Rac-MCPP的降解半衰期为3.12～6.93天,Rac-MCPP在不同土壤中表现出不同的降解选择性,玉米土(合肥)中表现为R型对映体优先降解,对映体分馏EF终值为0.36±0.01,桑园土(杭州)中先表现为R型优先降解后转变为S型优先降解,EF终值为0.57±0.02,茶园土(杭州)与菜地土(杭州)中均表现为S型对映体优先降解,EF终值分别为0.75±0.02、0.92±0.01。降解选择性ES与土壤pH显著正相关。(2)单体培养结果表明,MCPP在土壤降解过程中存在对映体转化,且都偏向于R型→S型单体转化。桑园土(杭州)与茶园土(杭州)中平衡常数K(KRS/KSR)分别为2.23、2.19,且桑园土(杭州)中转化速率最高;玉米土(合肥)与菜地土(杭州)中仅有R型向S型单体转化;四种土壤中各对映体单体的实际降解速率大小关系与外消旋体降解情况一致,并且都大于后者,表明对映体转化现象会影响对映体选择性。(3)Rac-MCPP在四种土壤降解过程中均有显著碳同位素富集,单体培养过程中除玉米土(合肥)与桑园土(杭州)S型单体培养外,其它土壤中均有显著碳同位素富集;计算得到的表观动力学效应常数AKIE在1.008～1.032之间,C-H键断裂的表观动力学效应常数AKIE= 1.00～1.03,表明降解初始反应均为C-H键的断裂。(4)qPCR与PCR结果显示,四种土壤添加Rac-MCPP,R-MCPP和S-MCPP培养下,均没有检测出rdpA基因,而sdpA基因均能测出,且相对丰度随培养过程发生变化。在S型单体培养下在桑园土(杭州)中达到相对丰度最大值7.3。外消旋培养下基因增长相对丰度低于单体培养结果,表明初始浓度对后续微生物降解影响较小,甚至可能浓度过高时会抑制含功能基因微生物活性。同时R型单体培养条件下,sdpA基因丰度会产生变化也表明存在对映体转化;(5)16SrRNA Illumina高通量测序结果显示,添加MCPP后四种土壤中微生物群落的物种丰富度(Chaol值,shannon指数)、物种丰度分布(均匀度,simpson指数)、群落组成均会有所变化,但随时间推移而逐渐恢复初始状态,外消旋处理效果较单体处理影响更为长久;四种土壤中变形菌门(Proteobacteria)相对丰度显著增加,目前已报道降解菌多属于此门类,可深入挖掘降解相关菌群信息;(6)sA扩增子高通量测序结果显示,土壤类型是决定菌群的主要因素,而土壤内部对比分析可得,不同处理和时间,对基因组成(物种组成)影响明显,且相对来说,外消旋处理的效果更持久;物种注释结果显示,共计比对成功120个已知菌株,其中包括MCPP已知降解菌株Sphingobium herbicidovorans,数量占比5%,排名第三,并未发现其余已知降解菌。此外,测序所得物种大多还是未知的。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X172;X592
【图文】：

表现为低浓度下促进植物生长，高浓度下，使植物因生长浓度过高而打破其激素平逡逑衡，影响新陈代谢，最终畸形直至死亡［２１］。逡逑ＭＣＰＰ拥有一对对映异构体，对映体分子结构如图１．１所示，其中只有Ｒ型对逡逑２逡逑

Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋ｍｅｃｏｐｒｏｐ邋ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒｓ逡逑在环境中的选择性行为逡逑环境逡逑等［２３］分析了瑞士垃圾填埋场附近河流中各位置的ＭＣＰＰ对映，污染源处对映体组成为外消旋状态，而在地下水流向下游，Ｒ型对映体比例增高，表明发生了生物降解；Ｂｕｓｅｒ等［２４］调ＤＣＰＰ与ＭＣＰＰ的对映体组成情况，发现在河流的不同位置，同，表明选择性降解的发生或者存在外消旋污染源；后续又有ｒｉｏ河［２５］中ＭＣＰＰ在不同年份的浓度与对映体组成变化，结果中均为Ｒ型对映体优先降解。不同条件与环境中，表现出的同，但选择性差异原因机理尚不明确。逡逑环境与影响因素逡逑等［２６］研究了邋ＤＣＰＰ与ＭＣＰＰ在３种不同土壤中的降解，结果

MCPP的初步降解

【参考文献】

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本文编号：2744164