丁草胺降解菌株的分離、降解特性及其生物修復(fù)效應(yīng).pdf

1、氯代乙酰胺類除草劑是一類高效、高選擇性的觸殺性除草劑，對禾本科雜草具有非常顯著的殺除效果，其主要代表品種乙草胺和丁草胺是我國使用最多的三種除草劑中的兩種，年使用量分別超過1萬噸和5千噸。氯代乙酰胺類除草劑對魚類有較強(qiáng)的毒性，乙草胺和丁草胺被美國環(huán)保局定為B-2類致癌物，它們還有不易揮發(fā)、不易光解、土壤殘留期長的特點(diǎn)，對生態(tài)環(huán)境和人體健康有著巨大威脅．另外，氯代乙酰胺類除草劑對作物存在隱性藥害，對農(nóng)業(yè)造成嚴(yán)重的損失。因此，該類除草劑在環(huán)境

2、中的吸附、遷移、轉(zhuǎn)化和降解等生態(tài)行為越來越受到關(guān)注。氯代乙酰胺類除草劑在土壤中主要是通過微生物的降解作用而消失，國內(nèi)外報(bào)道了多株該類除草劑降解菌株，但能降解多種氯代乙胺類除草劑并以其為碳源生長的菌株的分離篩選、降解特性和代謝途徑方面的研究還不多，其分子結(jié)構(gòu)對其微生物可降解性的影響的研究還未見報(bào)道。
　　 本文以氯代乙酰胺類除草劑的常用品種丁草胺為降解對象，從長期施用丁草胺的稻田表層土壤及生產(chǎn)丁草胺的農(nóng)藥廠污水處理車間的生化污泥中

3、分離到亍草胺降解菌株14株，其中10株只能以共代謝的方式降解丁草胺，另外4株能以丁草胺作為唯一碳源生長，菌株DCA-I和FLY-8對丁草胺的降解率最高，在無機(jī)鹽培養(yǎng)基中，DCA-1和FLY-8在5d內(nèi)對100mg·L-1的丁草胺的降解率為80.3％和68.5%。14株丁草胺降解茵分屬于9個不同的屬，這一結(jié)果顯示自然環(huán)境中能降解該類除草劑的微生物種類具有豐富的多樣性．
　　 本文對菌株DCA-1和FLY-8的生物學(xué)特性和分類地位進(jìn)

4、行了詳細(xì)研究。菌株DCA-I不產(chǎn)芽孢、不運(yùn)動．嚴(yán)格好氧，革蘭氏染色陰性，短桿狀不產(chǎn)水溶性色素，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)膜結(jié)構(gòu)及光能生長。LB平板上茵落顯淡黃色，呈圓形，中間凸起，邊緣整齊，不透明。接觸酶和氧化酶陽性硝酸鹽還原、脲酶，吲哚、產(chǎn)H2S反應(yīng)顯陰性。主要呼吸醌為泛醌10，主要細(xì)胞脂肪酸為C18：ω7c and11-methyl C18：ω7c，DNA G+C含量為62.5 mol%．16S rRNA基因同源性及系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明菌株DCA-1

5、為紅球菌科成員，且和Catellibacterium aquatile同源性最近（96.5徇，在系統(tǒng)發(fā)育樹上能很好地聚類成一個分支．根據(jù)表型特征、生理生化特性和16S rRNA基因序列系統(tǒng)發(fā)育分析，將其鑒定為Catellibacterium屬的一個新種，命名為Catellibacterium caeni spnov．，
　　 菌株FLY-8為不產(chǎn)芽孢、革蘭氏染色陰性及不運(yùn)動的桿菌。最適生長溫度為25-30℃，最適pH值為7.0-

6、7.5，最適鹽濃度(NaCl)為0.5%．氧化酶、接觸酶和硝酸鹽還原陽性，脲酶陰性。對慶大霉素和壯觀霉素有抗性．DNA Cr+C含量為62.5 mol%。16SrRNA基因同源性及系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明菌株FLY-8為副球菌屬成員，且和Paracoccus kocurii JCM7684T(similarity99.4%)同源性最近，在系統(tǒng)發(fā)育樹上能很好地聚類成一個分支，將其鑒定為Paracoccus sp．.
　　 降解菌株DC

7、A-1觸陜速降解甲草胺、乙草胺和丁草胺，5d降解率分別達(dá)到89.6%、83.2%、75.9%，對異丙草胺也有一定的降解能力，5d降解率為36.4%，并且降解菌株DCA-1能以這四種氯代乙酰胺類除草劑為碳源生長．降解菌株DCA-1不能降解異丙甲草胺和丙草胺。降解菌株FLY-8降解譜要比降解菌株DCA-1的降解譜廣，對甲草胺、乙草胺、異丙草胺、丁草胺、丙草胺和異丙甲草胺，5d降解率分別達(dá)到98.7%、88.2%、78.3%、65.2%、35

8、.9%和21.4%，并且菌株FLY-8能以這六種氯代乙酰胺類除草劑為碳源生長。
　　 菌株DCA-1和FLY-8在溫度為20-35℃，pH值為6—9時對丁草胺的降解效果最好。菌株DCA-1和FLY-8對低于100mg·L-1的丁草胺有較好的降解效果；丁草胺濃度超過200mg·L-1時會對菌株DCA-1和FLY-8產(chǎn)生毒害作用。接種量越大降解效果越好。通氣量試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)菌株DCA-1和FLY-8對丁草胺的降解效果

9、隨著搖床轉(zhuǎn)速的增加而增加．
　　 探討了氯代乙酰胺類除草劑分子結(jié)構(gòu)對其生物可降解性的影響。結(jié)果表明不同烷氧烷基取代對氯代乙酰胺類除草劑的微生物可降解性有非常顯著的影響，烷氧甲基取代要比烷氧乙基取代更容易降解；氯代乙酰胺類除草劑分子中的烷氧甲基中烷基的長度對氯代乙酰胺類除草劑的微生物可降解性有明顯的影響，烷基鏈長度越長，降解速率越慢；烷氧甲基中烷基分支結(jié)構(gòu)也影響到其生物可降解性；而氯代乙酰胺類除草劑中苯環(huán)上的烷基取代對除草劑的微生

10、物可降解性似乎沒有顯著影響．
　　 通過HPLC和GC-MS技術(shù)鑒定了降解菌株DCA-1和FLY-8對丁草胺降解過程中產(chǎn)生的中間代謝產(chǎn)物并對推測了可能的降解代謝途徑．推測菌株DCA-1降解丁草胺的代謝途徑為：首先丁草胺通過脫去丁氧甲基支鏈中的丁基，轉(zhuǎn)化為N-hydroxymethyl-2 chloro-N(2，6-diethyl-phenyl)-acctamide(A)，然后物質(zhì)A可以通過脫掉N上的-hydroxymethyl（

11、羥甲基）轉(zhuǎn)化為2，6．二乙基氯代乙酰替苯胺(B)，或者A通過脫去氯原子轉(zhuǎn)化為N-(2，6-Diethyl-pheny)-N-hydroxymethyl-acetamide(D)；物質(zhì)D還可以脫掉一個甲基生成N-(2，6-Diethyl-pheny)-N-hydroxymethyl-formamide(E)．丁草胺還可能通過脫氯和脫乙基被直接轉(zhuǎn)化成(2，6-Dicthyl-phenyl)-ethoxymethyl-carbamic aci

12、d(C)．推測菌株FLY-8降解丁草胺的代謝途徑為：首先丁草胺脫丙烷基轉(zhuǎn)化為2-chloro-N-(2，6-dimethylphenyl)-N-(methoxymethyl) acetamide（甲草胺），甲草胺進(jìn)而N原子上脫烷基轉(zhuǎn)化為2-chloro-N-(2，6-dimethylphenyl) acetamide，接著2-chloro-N-(2，6-dimethylphenyl) acetamid又被轉(zhuǎn)化成2，6-diethylan

13、iline，2，6-diethylaniline經(jīng)過一些列未知方式的降解進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化成了苯胺，苯胺在苯胺雙加氧酶的作用下生成鄰苯二酚，再在鄰苯二酚雙加氧酶的作用下開環(huán)，最終被完全礦化為二氧化碳和水。
　　 通過土壤試驗(yàn)證實(shí)微生物降解作用是土壤環(huán)境中丁草胺殘留降解的主要動力。外源添加丁草胺降解菌株DCA-1能顯著促進(jìn)各類土壤中丁草胺殘留的降解，但降解效果受到土壤性質(zhì)的影響，其中pH值、有機(jī)質(zhì)含量和粘粒含量是相對重要的影響因素，偏中