氯嘧磺隆高效降解菌株的分离、鉴定及降解特性的研究

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氯嘧磺隆(Chlorimuron-ethyl)是一种高效、广谱的磺酰脲类除草剂,主要作用于大豆田,可高选择性地防除阔叶杂草、莎草及某些禾本科杂草,已在我国广泛施用。但其残留期长,易形成农田环境污染,对后茬敏感作物有严重的药害,成为农业增产所面临的重要问题。本论文主要以黑龙江省五常市第一水稻原种场土壤为研究材料,以田间多年施用的磺酰脲类除草剂—氯嘧磺隆为研究对象,采用摇瓶试验富集驯化,筛选分离得高效氯嘧磺隆降解菌株,并综合运用传统培养方法及现代分子生物学手段对其进行分类鉴定;以氯嘧磺隆降解率为评价指标,采用高效液相色谱法,对分离得到的两大类降解菌株(细菌和真菌)的生长及降解特性进行了初步探索,为建立有效的除草剂污染预警指标体系及氯嘧磺隆降解菌株的高效利用提供了有益参考。主要试验结果如下:(1)以氯嘧磺隆为唯一氮源(或碳源)应用浓度逐渐递增的富集驯化培养方法,从供试土样中筛选出22株能够利用氯嘧磺隆为有机营养的微生物,包括细菌、放线菌和真菌三大类。其后,以氯嘧磺隆降解率为评价指标,分别对三类微生物进行复筛,得到四株高效的氯嘧磺隆降解菌:3株细菌X1、X2、X3和1株真菌Z1。在含氯嘧磺隆的浓度为100 mg/L的无机盐培养基中,反应72 h,其降解效率分别可达到51.83%、61.68%、80.77%和86.04%。(2)结合培养形态观察、生理生化特征分析和18S rDNA扩增序列同源性比较,筛选所得的4株高效降解菌分类鉴定结果如下:细菌X1为坚强芽孢杆菌(Bacillus firmu),细菌X2为侧芽孢杆菌(Bacillus laterosporus),细菌X3为短小芽孢杆菌(Bacillus brevis),真菌Z1为长枝木霉(Trichoderma longibrachiatum)。(3)研究明确了3株细菌(X1、X2和X3)的生长及营养特性。3株细菌在pH6~8条件下均生长良好,其中X3适宜于中性偏碱环境中生长,而X1的pH耐受范围较宽泛;X1、X2的最适生长温度为30℃~35℃,X3为25℃~35℃,其中菌株X1生长状况受温度影响较大;三株菌的生长量均随转速和通气量的升高而增加,充分说明筛选所得三株细菌均为严格好氧菌,X1、X2、X3的最适转速均为200 r/min、最适通气量为装液50 mL/250 mL。(4)比较了各单一菌株和多菌株联合作用对氯嘧磺隆的降解效果:真菌Z1与细菌X3联合作用的降解率最高,可达到91.65%;真菌Z1单独作用及三株细菌联合作用对对氯嘧磺隆的降解能力稍逊一筹。随后对Z1和X1+X2+X3分别进行四因素三水平的正交试验,进一步强化其降解能力。细菌混合菌群降解氯嘧磺隆的最佳条件为:30℃、pH7.5、通气量50 mL/250 mL、氯嘧磺隆初始浓度10 mg/L,降解率可达84.88%。真菌降解氯嘧磺隆的最佳条件为:25℃、pH7.0、通气量为50 mL/250 mL、氯嘧磺隆初始浓度5 mg/L,降解率为87.67%。
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