Chenggangzhangella methanolivoran CHL1降解氯嘧磺隆代谢途径及土壤修复研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mixiaoya2008
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以氯嘧磺隆为代表的磺酰脲类除草剂,凭借着用量少,除草活性高,对人、畜低毒等特点,被长期广泛应用于大豆、玉米等农作物的农业大田中阔叶杂草、莎草的防止。这类除草剂在为农业生产带来经济效益的同时也带来了一系列的生态问题,如污染农田土壤及水体,药效残留时间长,影响后茬作物的生长,引起轮作障碍,同时给生态环境带来潜在的危害。因此,如何解决残留在环境中,以氯嘧磺隆为代表的磺酰脲类除草剂的降解问题,探明其降解机理,成为被关注的焦点。已有研究表明,微生物降解是自然环境中磺酰脲类除草剂降解的主要方式,但是对于探讨微生物降解氯嘧磺隆等磺酰脲类除草剂的代谢途径及相关机理研究还有待深入。  本研究以本室筛得的氯嘧磺隆高效降解菌株Chenggangzhangella methanolivorans CHL1为研究对象,采用LC-MS及LC-MS/MS,1HNMR等分析方法及对其降解氯嘧磺隆过程中的代谢产物进行结构分析。菌株CHL1降解氯嘧磺隆过程中共检测到10种代谢产物,即:邻甲酸乙酯苯磺酰胺基甲酸、2-氨基-4-氯-6-甲氧基嘧啶、2-(4-氯-6-甲氧基嘧啶-2-氨基甲酰氨基磺酰基)苯甲酸、邻磺酰胺苯甲酸、邻磺酰苯酰亚胺、2-氨基氯烷基甲氧乙烯亚胺磺酰胺苯甲酸、2-亚胺乙烯醇亚胺氨基磺酰胺苯甲酸、2-甲醇亚胺氨基磺酰胺苯甲酸、2-亚胺甲基氨基磺酰胺苯甲酸及2-羰基氨基磺酸苯甲酸。这10种代谢产物构成菌株CHL1降解氯嘧磺隆的三条代谢途径。三条途径主要包括氯嘧磺隆分子结构中磺酰脲桥断裂、苯环上的酯键断裂发生去脂化及嘧啶环的开环反应,最终产物是邻磺酰苯酰亚胺和2-氨基-4-氯-6-甲氧基嘧啶。途径一和途径二为降解的主要途径,途径三首次证明了菌株CHL1具有打开嘧啶环并脱去氯原子的能力。  当分别以初始浓度600mg/L甲磺隆、苯磺隆、苄嘧磺隆和氟胺磺隆为碳源,菌株CHL1在30℃,避光摇床培养8天时,对氟胺磺隆降解率为69%,甲磺隆降解率为78%,苄嘧磺隆降解率为97%和苯磺隆降解率为95%。分别对降解过程中的代谢产物结构及元素组成进行分析后发现菌株CHL1降解甲磺隆、苯磺隆、苄嘧磺隆和氪胺磺隆主要有磺酰脲桥断裂、苯环上的酯键断裂发生去酯化及嘧啶环或三嗪环的开环反应,嘧啶环或三嗪环的开环反应的发生受到其上所带基团的影响。  Chenggangzhangella methanolivorans CHL1与阿特拉津高效降解菌株Arthrobacter sp.ART1复配后,用于修复氯嘧磺隆,阿特拉津及二者复合污染土壤的盆栽实验。对土壤中氯嘧磺隆和阿特拉津浓度的变化进行监测,并通过磷脂脂肪酸(PLFA)方法分析研究土壤微生物群落的变化。接种降解菌株可以有效加速污染土壤中氯嘧磺隆和阿特拉津的降解,特别是在复合污染土壤中。无论是在氯嘧磺隆与阿特拉津单一处理还是二者复合处理,均对土壤中总PLFA含量、总细菌PLFAs含量、革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌PLFAs含量以及Shannon-Wiener指数具有抑制作用,在改变微生物群落组成的同时,对土壤中真菌具有刺激作用。复合除草剂处理比单一除草剂处理对微生物生物量的影响更为显著。接种降解菌株,显着缓解除草剂对土壤微生物生物量,多样性和群落结构的抑制作用。
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