土壤中拟除虫菊酯微生物降解研究

微生物降解是拟除虫菊酯类农药从土壤中消去的主要途径。本文介绍了拟除虫菊酯降解菌的分离鉴定、降解基因的克隆以及微生物降解机理研究的近期成果,综合介绍了拟除虫菊酯异构体选择降解的特征、原因以及可能产生的环境效应,重点分析了农药疏水性、土壤吸附、重金属、土壤养分及长期施肥、共存农药对土壤中拟除虫菊酯微生物降解的影响,最后对土壤微生物修复前景进行了展望。     

土壤中多种拟除虫菊酯类农药残留的提取与检测方法

研究建立了土壤中甲氰菊酯、三氟氯氰菊酯、顺式氯菊酯、反式氯菊酯、氯氰菊酯、氟氰戊菊酯、氰戊菊酯和溴氰菊酯8种拟除虫菊酯类农药残留的超声提取-硅胶柱净化-气相色谱(GC)检测方法。以石油醚/丙酮(v/v,2:1)溶液为有机提取剂,超声提取土壤样品,旋转蒸发仪浓缩,经自制硅胶柱以10 ml石油醚/乙酸乙酯(v/v,9:1)溶液进行分离净化并浓缩后用正己烷定容,样品采用气相色谱法FID检测器检测。研究结果表明,该方法对土壤样品中8种拟除虫菊酯的加标回收率较高,平均值在84.9%~101.3%之间。通过实验优化了8种拟除虫菊酯类化合物的分离和测定条件。该提取和检测方法具有简便、快捷、成本低、净化效果和重现性好等特点,适合于土壤中痕量拟除虫菊酯类农药残留的测定。     

甲氰菊酯在土壤中的降解及对蚯蚓的毒性效应研究

拟除虫菊酯作为全球第三大杀虫剂品种，在农业生产中广泛使用，同时也带来了一系列不利的环境影响。然而，目前有关拟除虫菊酯在土壤环境中的残留行为和风险评估报道较少。以典型拟除虫菊酯类杀虫剂甲氰菊酯(FEN)为研究对象，重点探究其在不同性质土壤中的降解行为以及对典型土壤生物蚯蚓的毒性效应。结果表明，甲氰菊酯在碱性土壤中的降解速度快于酸性土壤，同时在非灭菌土壤中的降解速度为灭菌土壤的4倍。因此，土壤酸碱度和微生物是影响FEN在土壤中降解快慢的主要因素。此外，在降解过程中检测到甲氰菊酯主要代谢物3-苯氧基苯甲酸(3-PBA)的生成。蚯蚓富集结果表明，FEN在蚯蚓体内的含量先升高后降低，最大生物富集因子为0.3。亚急性毒性结果表明，高剂量（5 mg?kg-1）甲氰菊酯暴露14 d后，蚯蚓体内蛋白质含量显著降低（P<0.05），细胞色素P450（CYP450）、羧酸酯酶（CarE）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量均显著增加（P<0.05），同时存在剂量效应，证实土壤中残留的FEN对蚯蚓具有毒性效应。本文对甲氰菊酯在土壤环境中的降解行为研究以及生态毒性风险评估具有重要的指导意义。     

拟除虫菊酯类农药残留降解菌的筛选及其生理特性研究

从活性污泥的富集培养物中分离得到可降解几种拟除虫菊酯农药的菌株qw5,初步鉴定qw5为地衣芽孢杆菌 (Bacilliuslicheniformis)。菌株qw5在通气、pH7～ 8、温度 3 0℃左右的环境条件下生长较好。培养 5天 ,菌株qw5对氰戊菊酯、氯氰菊酯、溴氰菊酯的降解率分别为 5 3 .8%、41 .2 %和 61 .7%。经质谱分析 ,菌株qw5降解氰戊菊酯产生中间代谢产物 3 -苯氧基苯甲醛。qw5对小白鼠无致病力 ,对几种常用的抗生素敏感。盆钵和小区试验表明 ,菌株qw5对青菜中残留的拟除虫菊酯有明显去除效果。     

原料差异对厌氧消化微生物群落的影响

以餐厨垃圾、果蔬垃圾、麦秸3种不同原料分别进行厌氧消化,研究了各反应器在最佳运行条件下的消化特性和微生物群落组成。结果表明：VS产气率由高到低依次为餐厨垃圾（756.4mL·g-1VS-1）、麦秸（696.5mL·g-1VS-1）和果蔬垃圾（433.5mL·g-1VS-1）,甲烷含量在51.5%～55.1%之间,利用PCR-DGGE技术系统地分析了不同原料消化系统内细菌和古菌的群落结构构成及差异。结果表明,虽然3组样品中细菌和古菌的群落存在相同的优势微生物,但其数量和群落结构差异也较为明显,细菌中以拟杆菌（Bacteroidetes）以及古菌中甲烷鬃菌属（Methanosaeta）和甲烷螺菌属（Methanospirillum）均为样品共有的优势微生物。     

复合菌群的构建及其对石油污染土壤修复的研究

从石油污染土壤中富集分离、筛选出3株高效降解石油的微生物菌株,通过生理生化特性研究及16SrRNA基因序列分析,确定3株菌均属于红球菌属（Rhodococcus sp）,研究和比较了它们与实验室保存的4株菌（分别属于Gordonia sp,Comamonas sp,Pesudomonas sp）降解石油的能力。这7株菌株对石油的不同组分具有不同的降解能力,对7株菌进行不同的组合用以研究复合菌群对石油的降解。结果表明,由两株Rhodococcus sp,一株Gordonia sp和一株Pesudomonas sp组成的复合菌群D,降解石油的能力超过任何单一菌株和其他组合菌群。混合菌群D在5d的培养中能降解70.3%的石油总量和71.4%的芳香化合物。混合菌群D能降解99.8%的C13-19烷烃,92.6%的C20-26烷烃,82.2%的C27-32烷烃以及90.2%的植烷。在实验室模拟条件下,对土壤中石油的降解率达到50%以上。降解土壤中石油的最适温度为10～30℃、pH值为6.5～9.5,接种量需要在106CFU·g-1以上。     

菲降解菌的分离鉴定及其在污染土壤生物修复中的应用

采用室内培养方法,从吴江市郊长期被多环芳烃污染的土壤中富集到以菲为唯一碳源和能源的菲降解复合微生物菌群,复合菌群在7d内对无机盐液体中菲（含量100mg·L^-1）的降解率达到99%。从复合菌群中分离纯化获得两株菲高效降解菌B1和L2,经过菌体形态特征、生理生化特征和16SrDNA序列分析,鉴定菌株B1为百日咳博行特氏菌（Bordetella petrii）,菌株L2为墨西哥假黄单胞菌（Pseudoxanthomonas mexicana）。这两株菌在菲含量为100mg·L^-1的无机盐培养液中,7d内对菲（含量100mg·L^-1）的降解率大约为80%,9d内的降解率可达到99%。将复合菌群和菲污染土壤混合,在光照培养箱中进行培养修复。结果表明,修复88d后,接种复合菌群的低污染浓度（8.22mg·kg^-1）处理和高污染浓度（39.65mg·kg^-1）处理的菲去除率分别达到95.74%和98.06%。     

富集培养的低温纤维素降解细菌菌群结构分析

内蒙古大兴安岭森林土壤中低温纤维素降解菌资源丰富,本研究旨在分析其菌群结构。在10℃下,用羧甲基纤维素钠(CMC-Na)培养基对样品中的低温纤维素降解菌进行富集传代培养,用3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定纤维素酶活性,以细菌16S rDNA通用引物(34lF和907R)进行V3～V5区域PCR扩增,以变性梯度凝胶电泳(DGGE)对PCR产物进行电泳,获得16S rDNA指纹图谱后分析细菌菌群结构。研究结果表明,低温富集传代过程中,相对酶活随着培养代数的增加而不断增加,第4代的相对酶活最高,为30.625 IU;每代都有菌种的消失和增加;富集培养液中包含属于α-变形菌纲(α-Proteobacteria)、β-变形菌纲(β-Proteobacteria)、γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)、硬壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)类群的细菌,其中硬壁菌门类群(65.5%)和β-变形菌纲类群(13.8%)的细菌为优势菌。本研究证实,内蒙古大兴安岭森林土壤有丰富的低温纤维素降解菌资源,有潜在的应用前景。     

Sphingobium sp. JZ-1对菊酯类农药的降解特性研究

研究了菊酯降解菌株Sphingobium sp.JZ-1及其粗酶液对菊酯类农药的降解特性。结果表明,该菌能降解目前使用的各种菊酯类农药,降解速率顺序为:氯菊酯>甲氰菊酯≈氯氰菊酯>功夫菊酯>氰戊菊酯>溴氰菊酯>联苯菊酯;Sphingobium sp.JZ-1对菊酯的降解没有手性选择性;高效液相色谱检测结果表明Sphingobium sp.JZ-1对氯氰菊酯降解的初始反应是在菊酯水解酶的催化下羧酸酯键断裂生成二氯菊酸和3-苯氧基苯甲醛,3-苯氧基苯甲醛进一步氧化成苯氧基苯甲酸。Sphingobium sp.JZ-1细胞中菊酯水解酶酶活不需要菊酯的诱导。     

拟除虫菊酯在底泥中的归趋及其生物效应

拟除虫菊酯是一类高疏水性仿生杀虫剂,进入环境中易被颗粒物或油滴吸附,最终聚积在底泥沉积物中;同时它可以随水流或胶体等途径发生迁移,已被研究证实在使用及未使用拟除虫菊酯地区的河流、湖泊底泥中均检测到其残留。本文介绍了底泥中拟除虫菊酯的来源、归趋、生物效应,重点分析了拟除虫菊酯的吸附/解吸、降解作用及湿地生态系统对其归趋的影响;讨论了拟除虫菊酯的水生生物毒性、生物富集作用等生物效应,评述了其疏水性及生物可利用性对其毒性的影响,可为拟除虫菊酯水生生态系统风险评价等研究提供重要参考信息。     

基于传统和高通量测序技术研究地膜对辣椒土壤特性及细菌多样性的影响

以不同种类地膜覆盖条件下辣椒菜园土壤为研究对象,运用传统和高通量测序技术,研究南方地区不同种类地膜覆盖对辣椒菜园土壤理化、生物学性状和细菌多样性的影响。结果表明：南方地区蔬菜生产中利用不同种类地膜,尤其以聚乙烯为原料的白色透明地膜、黑色地膜和银色地膜不仅有助于提高辣椒耕作层土壤温度与含水量,而且对减缓土壤pH的下降具有显著效果。此外,在细菌门分类水平上,不同种类地膜覆盖条件下土壤细菌的优势菌群表现为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、酸杆菌门（Acidobacteria）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）细菌,其中以变形菌门（Proteobacteria）细菌的丰度最高;属分类水平上,不可培养细菌属、黄杆菌属（Flavobacterium）、溶杆菌属（Lysobacter）、芽孢杆菌属（Bacillus）、H16（Ralstonia eutropha）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）细菌是南方地区不同种类地膜覆盖土壤中的优势菌属。此外,地膜覆盖不仅降低了土壤中对环境条件要求苛刻的不可培养细菌的丰度,而且有助于溶杆菌属和芽孢杆菌属等部分具有促生功能细菌的积聚。上述结果表明：南方地区蔬菜生产中利用地膜并没有导致菜园土壤质量劣化,而且有助于提高土壤肥力和保持土壤健康。     

当归不同生长时期根际土壤酶活性及微生物群落结构变化

  目的  研究当归（Angelica sinensis）不同生长时期根际土壤酶活性和微生物群落结构的动态变化及其关联性,为当归的健康种植和土壤改良提供科学依据。  方法  以甘肃产当归的根际土壤为研究对象,研究5个生长时期当归根际土壤5种初级代谢酶活性,并运用高通量测序对细菌和真菌群落门、属水平的变化进行研究。  结果  当归根际土壤细菌群落丰富度和均匀度不随生长时期变化,而真菌群落变化显著;生长后期细菌和真菌群落结构与前中期明显分离,这种分离主要由部分菌门和菌属丰度显著变化造成;细菌属间多以互利共生关系存在,细菌与真菌间更倾向于以此消彼长的关系存在;抽薹期根际土壤蔗糖酶活性最低,脲酶活性最高,相关性分析表明,细菌对酶活性的影响高于真菌,其中蔗糖酶与黄杆菌属（Flavobacterium）显著正相关,脲酶与拟杆菌属（Bacteroides）、毛壳菌属（Chaetomium）显著正相关,与马赛菌属（Massilia）、鞘脂菌属（Sphingobium）、Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium属、新鞘脂菌属（Novosphingobium）显著负相关;酸性磷酸酶、淀粉酶、过氧化氢酶在不同时期维持稳定,而鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、拟杆菌属（Bacteroides）、MND1属、芽单胞菌属（Gemmatimonas）和溶杆菌属（Lysobacter）在维持其活性上发挥着一定的作用。  结论  该研究反映出当归根际土壤细菌-真菌群落在其生长发育过程中的动态平衡,酶和菌属的生长周期波动及其关联性反映出与当归抽薹可能相关的酶和菌属,以及维持酶稳定的有关菌群。该研究为下一步当归促生菌的筛选及功能验证提供了科学参考。     

沼灌土壤17β-雌二醇专性降解菌的分离筛选及降解特性

集约化畜禽养殖场产生的沼液通常就地回用,在循环利用有机物的同时也会带来类固醇雌激素（Steroid Estrogens,SEs）的累积及污染。为降低沼灌后SEs对水土环境的污染风险,该研究采用富集和纯化培养法,对西南地区某奶牛养殖场沼灌区土壤中雌激素降解菌进行分离及筛选,获得一株利用17β-雌二醇（17β-E2）为唯一碳源生长繁殖的降解菌。通过16S rDNA 基因序列进行同源性比对以确定种属,并研究其降解特性。分别研究了菌株在不同温度、pH值、底物浓度三种单因素条件下的降解特性,然后利用三因素三水平正交试验继续优化菌株最适降解条件。结果表明：分离出的优势菌为生丝微菌属（Hyphomicrobium sp.）,命名为Hyphomicrobium sp.SS-1,该菌株在10～40 ℃、pH值为5～9、底物浓度为1～10 mg/L的条件下,均能不同程度降解17β-E2。其中菌株在温度为30 ℃、pH值为7、底物浓度5 mg/L的条件下,培养7 d对17β-E2的降解率可达71%,并伴随毒性低于E2的降解产物E1和E3生成,总雌激素去除率为56.8%。正交试验结果显示,各因素对菌株降解能力的影响顺序从小到大为：底物浓度、温度、pH值,且都为显著影响（P<0.05）;菌株最适降解条件为温度35 ℃、pH值为7、底物浓度5 mg/L,该条件下培养7 d,菌株对17β-E2的降解率可达97.09%。研究结果可为复杂基质环境中微生物降解SEs提供优质菌种资源,并为沼液灌溉区土壤的雌激素污染修复提供有效途径。     

超声波—酶法提取海带多糖及其抑菌活性

通过研究超声波—酶法提取海带多糖的最佳条件、海带多糖及其化学改性物对常见食源性病原菌的抑菌活性,为海带的深加工和海带多糖的应用提供理论依据。采用单因子分析和正交试验,得到最佳提取条件;应用化学改性法得到氧化降解多糖和乙酰化海带多糖;皿内抑菌试验研究海带多糖及其改性物对3种霉菌和5种食源性细菌的抑菌活性。结果表明：超声波—酶法提取海带多糖最佳条件为酶解温度50℃、pH值4.5、酶解时间75 min、加酶质量分数2.25%（纤维素酶∶中性蛋白酶=2︰1,m/m）,所得海带多糖提取率为8.64%。海带多糖对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和粪肠球菌均有一定的抑制作用,但不能抑制志贺氏菌;与海带多糖相比,改性后的多糖对几种供试细菌的抑制作用明显提高,且对志贺氏菌也有一定的抑制作用;海带多糖及其2种改性产物对青霉、根霉、黑曲霉3种霉菌无明显抑制作用。     

不同施肥条件下氯氰菊酯对土壤酶活性的影响及其降解差异

采用长期定位施肥试验土壤（轻壤质黄潮土），研究不同施肥条件下，氯氰菊酯降解变化和对土壤酶活性的影响。结果表明，不同的施肥处理对土壤中氯氰菊酯的降解行为有显著影响，长期施用氮肥，土壤中速效氮含量升高，对氯氰菊酯降解有抑制作用；施用磷肥则促进降解；施用有机肥在提高土壤有机质含量的同时，虽加速了氯氰菊酯降解，但降解延滞期和残留期有所增加。氯氰菊酯在土壤中的降解遵循一级动力学方程，降解半衰期为10．13d（PK）～14．58d（NK）。土壤中加入氯氰菊酯后，脱氢酶、脲酶活性有所升高，施肥处理不同，升高幅度也不一样．均达显著水平。磷酸酶活性变化在不同施肥处理中，表现不一样。培养26d左右，土壤酶活性大多都能恢复到初始水平。研究土壤中农药残留与施肥、土壤酶活性的关系，对于实现农业可持续发展具有重要意义。     

长期施肥对土壤中氯氰菊酯降解转化的影响

采用长期不同施肥处理土壤：有机肥（OM）、无机肥（NPK、PK、NK）和不施肥（CK）研究施肥对氯氰菊酯降解的影响,通过测定土壤中氯氰菊酯残留量及降解产物3-苯氧基苯甲酸生成量来确定其降解速度。结果表明：不同施肥处理对氯氰菊酯在土壤中降解有显著影响,其中在PK、CK土壤中降解较快,半衰期分别为9.6 d和10.7 d,在NK土壤中降解最慢,半衰期为15.1 d,长期施用有机肥（OM）较无机肥（NPK）降解呈增加趋势,但未达显著水平,半衰期分别为10.8 d和11.8 d。相关分析表明土壤中速效氮含量与氯氰菊酯半衰期呈显著负相关,长期偏施氮肥可提高土壤中速效氮的含量,进而能显著降低氯氰菊酯在土壤中降解速度。氯氰菊酯在OM、NPK土壤中降解较慢的原因可能是土壤高有机质含量增加了对农药的吸附,进而抑制了其降解。     

不同培养条件对堆肥中降解纤维素林丹复合菌系分解能力的影响

该论文作者对一组高效降解纤维素林丹的复合微生物菌系在不同培养条件下的降解能力进行了研究,结果表明,该复合菌系对滤纸、脱脂棉、稻秸粉和锯末等不同纤维素材料均有较强的降解能力,但相比之下对天然纤维素含量高的碳源(如滤纸、脱脂棉)降解效果更好.最佳的碳源浓度为0.5%和1%.有机复合氮源对降解效果的影响明显优于无机氮源,氮源浓度以0.25%和0.5%为宜.它能在较大的pH值范围内均保持高的纤维素降解活性,但在中性及偏碱环境中活性最强.在纤维素降解最佳的pH值7～9范围内,也同样有利于林丹的降解,而在纤维素降解较少的pH值为10的条件下,林丹的降解率仍高达49.6%.培养复合菌系的溶解氧范围以0.07～0.13 mg/L,为宜,最适生长和降解纤维素林丹的温度为50～60℃.     

设施大棚农药污染残留调查分析

利用弗罗里矽柱净化前处理方法,采用气相色谱（GC）方式,依据保留时间和特征离子丰度比,对辽宁某地区大棚内种植黄瓜及其叶片部分样品中的有机磷类农药（粉锈宁、乐果、敌敌畏、喹硫磷、辛硫磷、噻嗪酮、甲拌磷、马拉硫磷和对硫磷）,拟除虫菊酯类农药（百菌清、氯氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯）的残留量进行检测分析。结果表明,有机磷类农药检出种类不固定,拟除虫菊酯类农药检出情况较为稳定,有机磷和拟除虫菊酯类农药在叶片中的检出率均略高于在果实中的检出率,且在不同时期不同大棚检出情况略有差异。针对当前农药施用现状,应多注意有机磷类和拟除虫菊酯类农药的使用和监管,对于有机磷类高毒性农药应减少或停止施用,中低毒性的拟除虫菊酯类农药应加强其作用的宣传并控制其使用量,避免追求高产量而盲目过量的施用,造成不必要的污染。     

石油污染盐碱土壤的淋洗施肥修复

采用淋洗施肥修复方法处理石油污染盐碱土壤,评价该修复方法对石油污染盐碱土壤的修复效果,并且采用最大或然数法和Biolog方法对土壤微生物数量和微生物群落水平生理特性进行研究。结果表明,经过182d的培养,淋洗施肥处理中油和脂的降解率分别比对照处理和施肥处理高（19.7±4.3）%和（13.8±3.4）%,土壤盐分去除率分别比对照处理和施肥处理高（66.5±2.9）%和（41.3±6.2）%,说明该处理是一种修复石油污染盐碱土壤的有效方式。淋洗施肥处理明显提高异养细菌、石油烃降解菌、烷烃降解菌和多环芳烃降解菌数量和土壤微生物活性,促进了微生物对土壤中油和脂的降解。此外,淋洗施肥处理提高了土壤微生物Shannon多样性指数和Simpson指数,促进了微生物种群的稳定,这暗示着土壤微生物种群正在逐渐恢复。     

水氮互作对设施菜田土壤氮素形态组成以及细菌群落结构的影响

利用室内模拟培养试验,研究了不同水氮互作条件对设施菜田土壤氮素形态组成和细菌群落结构的影响。主因素为2种土壤水分条件:70%田间持水量和100%田间持水量;副因素为5种氮素添加形态:不施氮肥、纯无机氮、纯有机氮、2/3无机氮 + 1/3有机氮和1/3无机氮 + 2/3有机氮。结果表明:水氮互作效应对土壤无机氮含量和土壤细菌群落Shannon和Simpson指数的影响显著（P < 0.05）。高含水量条件下,土壤无机氮含量显著降低（P < 0.05）,但土壤细菌群落的Shannon,Ace和Chao1指数极显著升高（P < 0.01）,并且随着土壤含水量升高,Aeromonas和Flavobacterium菌属的相对丰度增加;培养30 d后,添加有机氮处理的土壤有机氮含量显著高于添加无机氮处理,添加有机氮使Cellvibrio和Devosia菌属相对丰度上升。可见,设施菜田施用有机氮肥尽管短期内不利于土壤速效氮的积累,但在适宜的水分条件下,土壤优势菌群发生了较大改变,部分固碳功能菌群丰度增加,有利于稳定土壤碳氮循环。试验结果为进一步研究设施菜田水氮管理介导的土壤碳氮循环功能菌群变化的环境驱动机制提供了一定科学依据。