白腐真菌对水体和土壤中吡虫啉的降解研究

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaomei52689
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吡虫啉作为第一代新烟碱农药的代表被广泛运用于世界范围内的农业生产活动,具有着高水溶性、适用性广、防治虫害效果明显的特点,但同时也有着易残留、在土壤与水体中难以在短时间内自降解等缺陷。在农田环境中以叶面喷洒或浸种的方式添加的吡虫啉,极易因土壤淋溶、土壤渗透、大气沉降或水循环的作用而进入江河湖海等水环境内,对水体造成污染,从而对水体周遭生物的生长甚至于人类的生活起到负面影响与危害,由此引发的生态问题亟待解决。微生物技术在修复新烟碱农药造成的环境污染中有着重要的一席之地,因其生长繁育速度快、反应程度温和、降解效率显著等优点受到广泛关注。白腐真菌作为一种对难降解异质有机物具有高效降解能力的功能菌,已被证实对有机氯、有机磷、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯类农药的降解有着重要意义。本论文旨在以对异生质类污染物有着显著降解能力的白腐真菌为实验菌种,来研究其对吡虫啉污染水体与土壤的修复去除效果,考察在修复行为过程中白腐真菌的细胞活性、胞内抗氧化指标与胞外降解酶的变化情况,明确白腐真菌降解吡虫啉所得产物的结构与降解途径,评价降解产物的环境生物毒性,揭示白腐真菌对吡虫啉污染的修复行为对土著微生物群落的变化;从整体来探索白腐真菌降解吡虫啉的行为机理,寻求一种高效低耗无毒的方式来针对性地治理吡虫啉所造成的环境污染。本论文工作与成果主要分为以下三个方面:第一部分为吡虫啉污染水体的白腐真菌修复行为机理研究。选取并培育出白腐真菌中最具有代表性的菌种——黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)作为实验用菌种,将黄孢原毛平革菌应用在水体中吡虫啉污染的去除处理;探索黄孢原毛平革菌对水体中不同浓度吡虫啉的降解效率,探索黄孢原毛平革菌在去除吡虫啉的过程中细胞活性、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)以及木质素修饰酶的响应机制和其变化趋势。结果发现:(1)白腐真菌对水体中吡虫啉有着良好的降解效果,作用于初始浓度为2、5和10 mg/L的吡虫啉时在6天的降解率分别达87.8%、92.2%和85.3%。(2)短时间暴露于吡虫啉下的白腐真菌细胞活性因毒物兴奋效应得到促进,随着暴露时间增加吡虫啉对白腐真菌的细胞活性呈抑制作用。吡虫啉的添加诱导白腐真菌活性氧(ROS)含量的上升,促进了CAT和POD的表达。白腐真菌暴露于吡虫啉24 h后胞内ROS含量剧增,5、10、20和50 mg/L的吡虫啉处理组ROS含量分别达到了对照组ROS含量的120%、130%、250%以及350%。(3)吡虫啉的添加与吡虫啉的浓度影响着白腐真菌木质素酶(Li P)与锰过氧化物酶(Mn P)的分泌,并且Li P与Mn P的活性与吡虫啉的降解效率相关。第二部分分析了白腐真菌降解吡虫啉所得产物,并探讨了其产物的生物毒性。通过运用GC-MS技术对白腐真菌降解吡虫啉所得产物的结构与反应中间体的结构进行分析,从而推测其可能的降解途径;并通过经降解产物处理后的大肠杆菌、铜绿微囊藻、小白菜和水稻的生长实验,来评价白腐真菌降解吡虫啉所得产物的生物毒性。结果如下:(1)白腐真菌降解吡虫啉的主要产物为1-(6-氯-3-吡啶甲基)-2-咪唑酮。(2)白腐真菌降解吡虫啉所得产物对大肠杆菌与铜绿微囊藻的生长均起到了促进作用,并且生长情况与添加吡虫啉产物的浓度相关。(3)白腐真菌降解吡虫啉所得产物对小白菜与水稻无明显生物毒性。第三部分从白腐真菌的不同接种形态来检测其对土壤中吡虫啉的降解效果,并监测过程中土壤理化性质如p H值、土壤有机质含量以及土壤蔗糖酶的含量变化趋势,最后从微生物群落组成的角度看分析白腐真菌对吡虫啉污染土壤的修复行为的机理。结果如下:(1)白腐真菌不同接种方式对于吡虫啉在土壤中的去除有着不同的效率,孢子态白腐真菌与游离态白腐真菌对于吡虫啉的降解效果最优。(2)白腐真菌降解土壤中吡虫啉的过程内,土壤p H值、土壤有机质含量和土壤蔗糖酶活性都产生明显变化,并与吡虫啉的降解效率有明显相关性。(3)白腐真菌的添加会引起土壤中微生物群落的变化,但并不会对土壤本身的微生物群落组成造成破坏性影响,而是与土著微生物协同作用于修复吡虫啉造成的土壤污染。本论文证实了白腐真菌应用于治理吡虫啉污染水体与土壤的可行性,探讨了吡虫啉浓度、白腐真菌的接种方式等影响因素对吡虫啉降解效率的作用;并在这基础上,考察了白腐真菌菌体的生理活性与生化指标的变化,推断了吡虫啉降解产物的结构与降解途径;最后揭示了白腐真菌对降解吡虫啉污染的最佳接种态,从微生物群落变化的角度对整个修复行为进行了分析。本研究对新烟碱农药的微生物治理技术的发展提供了依据与借鉴,为修复环境中农药残留的问题提出了一个可行性高的新型方案。
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