一株高效氯嘧磺隆降解菌的分离鉴定及其降解机理初探

消除农业生产中除草剂残留是现代农业绿色发展的关键,为发掘更多磺酰脲类除草剂高效降解微生物资源,系统阐述氯嘧磺隆的微生物降解途径。以氯嘧磺隆为唯一氮源,从某磺酰脲类除草剂生产厂废水处理活性污泥中分离出的高效氯嘧磺隆降解菌LAM2021。生理生化特性和16S rRNA基因序列比对分析结果表明,该菌株属小坂菌属(Kosakonia sp.)。单因素试验结果经RSM优化后,菌株LAM2021在无机盐培养基中对50 mg/L氯嘧磺隆的最佳降解条件为:接种量5%、培养温度30℃、pH 6.0,11 h后降解率可达94.6%。利用高效液相色谱(HPLC)对接菌后降解体系内代谢产生的酸类物质进行分离与鉴定,结果表明产物主要为柠檬酸。推测菌株LAM2021受高浓度氯嘧磺隆胁迫,利用葡萄糖产生柠檬酸,通过降低环境pH使氯嘧磺隆发生水解,从而解除其胁迫。从菌株全基因组信息中发现有参与氯嘧磺隆降解的酯酶编码基因。采用液相色谱-质谱联用(LC-MS)对菌株LAM2021与氯嘧磺隆混合培养后的代谢产物进行检测与鉴定,共有5种主要物质被检测到。根据氯嘧磺隆的化学结构式和中间代谢产物特征,推测菌株LAM2021降解氯嘧磺隆的代谢途径为:氯嘧磺隆中的脲桥先水解断裂成2-氨基-4-氯-6-甲基嘧啶和邻甲酸乙酯苯磺酰胺,随后酯键被脱酯断裂成邻甲酸乙酯苯磺酰胺,最后环化为N-醛基糖精。     

甲磺隆降解菌FLDA的分离鉴定及其降解特性研究

从生产甲磺隆的农药厂内采取污泥，经驯化富集后筛选到一株能高效降解甲磺隆的细菌FLDA，根据表型特征、生理生化特性及16S rDNA序列同源性分析，将FLDA初步鉴定为假单胞菌（Pseudomonas sp）。该菌能在含甲磺隆（30mgL^-1）的基础盐液体培养基中降解甲磺隆，5d降解率达72．6％，该菌降解甲磺隆的最适pH为7．0，最适温度为30℃，该菌降解甲磺隆的速率和起始接种量呈正相关。酶的定域实验表明，该菌中甲磺隆水解酶为胞内酶。FLDA投加土壤，可提高土壤中甲磺隆的降解速率。     

降解菌S113对甲磺隆污染土壤生物修复作用的研究

在室内条件下,研究了降解菌S113(Methylopila sp.)对甲磺隆污染土壤的修复作用。S113能够以甲磺隆为唯一碳源生长,72h对50mgL-1甲磺隆的降解率达98.38%。投加降解菌S113可显著提高土壤中甲磺隆的降解速率。当甲磺隆浓度为10mgkg-1干土,S113接种量为108个g-1土时,第30天土壤中甲磺隆降解率为76.9%,对照土壤中甲磺隆降解率仅为11.9%。S113降解甲磺隆的速率和接种量呈正相关,当接种量减少为105个g-1干土时,降解菌对甲磺隆的降解作用微弱。在土壤中甲磺隆浓度较低的条件下,S113的降解效果显著,而当土壤中甲磺隆浓度达到50mgkg-1时,甲磺隆降解率仅为39.6%。S113降解土壤中甲磺隆的最适温度为30℃,第30天的降解率可达75.9%。当温度为25℃、20℃时,第30天甲磺隆降解率仅为53.5%和23.9%。S113菌剂灌根,能不同程度地缓解土壤中浓度为40、80μgkg-1的甲磺隆对玉米生长的抑制作用,但当甲磺隆浓度增加到120μgkg-1时,接种S113对药害解除作用不显著。结果表明,人工接种降解菌S113,能有效去除土壤中甲磺隆残留。     

土壤中14C-甲磺隆存在形态的动态研究

利用同位素示踪技术 ,在实验室条件下研究了1 4 C -甲磺隆在 1 5种不同土壤中存在形态的动态变化。结果表明 ,土壤pH值与甲磺隆1 4 C残留物的降解半衰期、残留量及可提取态残留量呈显著的正相关 ,而与结合态残留量呈显著负相关 ;土壤微生物的活性越强 ,甲磺隆降解速率越快 ,但结合态残留量也越高 ;土壤中各腐殖质组分和粘粒的含量也影响甲磺隆在土壤中的降解速率和存在形态。土壤中甲磺隆的残留符合一级反应动力学指数方程C =C0 e-kt,拟合方程的复相关系数达到极显著水平。甲磺隆残留与土壤性质之间经逐步回归分析可得到拟合效果较好的方程 ,由各自变量的决定系数可知 ,土壤pH值、微生物生物量碳和有机碳中富啡酸碳所占的比例是影响甲磺隆在土壤中残留的主要因素     

生物肥对氯嘧磺隆残留的降解及对水稻生长的影响

为筛选具有降解氯嘧磺隆残留和作物增产效果的优质生物肥, 采用田间小区模拟试验, 研究了不同浓度氯嘧磺隆施用下, 3种生物肥对氯嘧磺隆残留的降解及对水稻生长的影响。结果表明, 供试的农大生物菌剂、世绿环保生物肥和农大生物肥对施用量分别为3 μg·kg^-1和6 μg·kg^-1的氯嘧磺隆残留均有降解作用, 对施用量为6 μg·kg^-1的氯嘧磺隆残留的降解率分别为61.5%、58.3%和62.7%, 比自然降解率分别高17.8%、14.6%和19.0%。土壤中氯嘧磺隆施用量为0.03 μg·kg^-1时即对水稻株高、穗长、结实率和产量性状产生明显影响, 氯嘧磺隆施用量越大药害影响越显著。3种供试生物肥均可解除0.03 μg·kg^-1氯嘧磺隆的残留对水稻产量的影响, 但随氯嘧磺隆施用量的增加, 供试生物肥虽可减轻药害影响, 但不能完全解除残留药害。农大生物菌剂和农大生物肥解除氯嘧磺隆残留药害能力高于世绿环保生物肥。田间氯嘧磺隆的施用量小于0.03 μg·kg^-1时, 施用供试的3种生物肥均可保证水稻生产安全。     

氯嘧磺隆降解菌筛选及基于16S rDNA序列的系统学分析

氯嘧磺隆是长残留除草剂,污染土壤后影响土壤肥力和后茬作物生长。筛选氯嘧磺隆降解菌21株,纯培养条件下,7 d对初始浓度50 mg/L氯嘧磺隆的降解达到0.75%~80.77%。对筛选到的氯嘧磺隆降解菌进行了16S rDNA基因扩增、序列测定和系统学分析,结果显示,所选菌株在系统发育地位上分别属于肠杆菌、短杆菌、柠檬酸杆菌、志贺氏菌、寡养单胞菌、无色杆菌、假单胞菌等7个属。     

碘甲磺隆钠盐在水溶液中的光解研究

为了解碘甲磺隆钠盐在水溶液中的光降解特性,评价其环境安全性,以太阳光和高压汞灯为光源,进行光解试验,研究了碘甲磺隆钠盐在不同水溶液中的光解行为及水体pH值对其光解的影响。结果表明,碘甲磺隆钠盐在所有试验水体中的降解均符合一级动力学方程,不同水体中碘甲磺隆钠盐的半衰期分别为14.29～21.26h（太阳光）与2.29～3.76min（高压汞灯）,两种光源下碘甲磺隆钠盐在各自然水体中的降解速率依次为井水〉河水〉池塘水〉稻田水。不同pH值水体中的光解实验表明,碘甲磺隆钠盐在酸性介质中的光解比在碱性介质中快,顺序为pH5〉pH7〉pH9〉pH11。     

除草剂降解真菌对氯嘧磺隆的降解作用

利用自行筛选和保存的3种高效降解真菌菌株,对氯嘧磺隆除草剂降解作用的影响进行了系统的研究,采用高效液相色谱法测定其降解率。真菌黑曲霉、黄曲霉、F8酿酒酵母均可以很好的降解氯嘧磺隆,其中黑曲霉的降解率最高,为96.52%;其次是黄曲霉为88.21%。混合菌株对氯嘧磺隆的降解效率均高于其单一菌株,真菌黑曲霉与黄曲霉混合菌株降解率最高,为98.74%;其次是真菌黑曲霉与F8混合菌株为98.22%。在培养基中随着氯嘧磺隆降解率的增加,反应液的pH逐渐降低。     

氯嘧磺隆对土壤微生物数量,酶活性及呼吸强度的影响

氯嘧磺隆是一类高效广谱除草剂,研究其对土壤微生物的影响对其合理使用具有重要意义。通过室内瓶培养实验研究了不同浓度氯嘧磺隆对土壤呼吸强度、土壤微生物数量和土壤酶活性的影响。结果表明:氯嘧磺隆施入土壤2周后,可明显提高土壤呼吸强度,且浓度越大,提高效果越明显;氯嘧磺隆施入土壤1周后,不同浓度氯嘧磺隆处理均可提高土壤细菌和放线菌数量,45 d时表现出抑制作用,60 d可恢复到对照水平;氯嘧磺隆对土壤真菌数量表现为抑制作用,而后恢复到对照水平,45 d时田间施用量可抑制土壤真菌的增殖,但60 d可恢复到对照水平。土壤培养前1周,氯嘧磺对土壤过氧化氢酶、土壤转化酶、土壤脲酶活性均表现出不同程度的抑制作用,且浓度越大抑制作用越明显。之后三种酶表现出一定的激活作用,培养60 d可恢复到对照水平。以上试验结果可为合理施用氯嘧磺隆提供理论依据。     

氯嘧磺隆高效降解真菌F8的分离和鉴定

从田间多年施用氯嘧磺隆的土壤中,驯化分离得到一株能够以氯嘧磺隆为唯一碳源和能源生长的真菌F8,F8在麦芽汁液体培养基中发酵96h,对10mgL-1氯嘧磺隆的降解率为93.07%。F8明显促进土壤中氯嘧磺隆的降解,20μgkg-1氯嘧磺隆的降解半衰期由对照的46.52d缩短为15.03d。F8在麦芽汁平板培养基上形成的菌落为乳白色,圆形,干燥,绒毛状或粉状,中心突起;经电镜观察,细胞长宽比大于2,形成发达的假菌丝,连接成树枝状;糖类发酵试验表明:F8能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、半乳糖,不能发酵淀粉、乳糖;同化碳源试验表明:F8能利用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖,不能利用淀粉、乙酸钠;同化氮源试验表明:F8不能利用硝酸钾,能利用硫酸铵,尿素;能分解脂肪,能胨化牛奶,不能液化明胶,不能同化乙醇,不能产生淀粉化合物,不能产酸,不能产酯。根据其形态特征,生理生化特性、18SrRNA序列分析,初步鉴定F8为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。     

有机磷农药辛硫磷的醇解动力学及机理研究

辛硫磷,又名O,O-二乙基-O-（苯乙腈酮肟）硫代磷酸酯,是一种低毒、广谱、高效的有机磷杀虫剂,对害虫有强烈的触杀作用。采用气相色谱-火焰光度检测器（GC-FPD）研究了不同温度下辛硫磷甲醇溶液的稳定性。结果表明,辛硫磷在0～4℃下保存280d后损耗不足1%,该温度适合长时间贮存辛硫磷甲醇储备液;40℃下保存160d后,损耗达8%,其动力学行为符合一级动力学方程式：ln[C]/[C0]=-6×10-4t·d-1,半衰期为1155.2d。损耗部分的辛硫磷通过气相色谱-电子电离质谱（GC-EI-MS）分析,推断可能发生醇解转化为O-甲基-O,O-二乙基硫代磷酸酯,为有机磷农药的醇解提供了科学依据。     

铜胁迫对弯囊苔草（ Carex dispalata）生长和生理特性的影响

用水培方法研究了弯囊苔草在不同Cu^2＋浓度（1、5、25 mg·L^-1）胁迫下的生长特性和部分生理生化指标的变化。结果表明,不同Cu^2＋浓度胁迫下,弯囊苔草正常生长,但其生长特性表现出高浓度抑制的相关性, 高浓度下没有新生根。弯囊苔草叶片3种抗氧化酶活性都随胁迫时间的延长呈先上升再下降趋势。SOD在处理的第4 d达到峰值,且活性一直显著高于对照（P＜0.05）,3种Cu^2＋浓度处理下的峰值大小顺序为5 mg·L^-1＞25 mg·L^-1＞1 mg·L^-1。POD和CAT活性在处理第7 d达到峰值,POD活性峰值大小顺序为5 mg·L^-1＞1 mg·L^-1＞25 mg·L^-1;CAT活性峰值大小顺序为25 mg·L^-1＞5 mg·L^-1＞1 mg·L^-1。丙二醛（MDA）和可溶性糖含量都是随着胁迫时间的延长而上升,处理结束时的丙二醛（MDA）（r=0.988 0）和可溶性糖含量（r=0.951 2）与Cu^2＋浓度表现出正相关性。脯氨酸（Pro）含量随胁迫时间的延长也呈先上升后下降趋势,1 mg· L^-1和5 mg·L^-1 Cu^2＋浓度处理下脯氨酸（Pro）含量在处理第4 d达到最大值,25 mg·L^-1高浓度处理下脯氨酸（Pro）含量在处理第7 d达到最大值。叶绿素在5、25 mg·L^-1 Cu^2＋浓度处理下随胁迫时间的延长呈先上升后下降的趋势,1mg·L^-1Cu^2＋处理下的叶绿素含量不断上升,实验结束时各处理下叶片的叶绿素含量与处理浓度呈负相关。结果表明弯囊苔草能通过调节体内抗氧化酶活性来增强其抗氧化胁迫能力,这为其作为铜污染水体的修复植物提供了可能。     

基于物种敏感性分布（Burr-Ⅲ）模型预测Cd对水稻毒害的生态风险阈值HC5

Burr-Ⅲ型分布是一种灵活的分布函数模型,对有害物质产生毒性的物种敏感性数据有很好的拟合效果。本研究采用水培实验研究了我国常见的17种不同水稻对Cd毒性的剂量-效应关系,结合Burr—Ⅲ物种敏感性分布模型对不同水稻Cd毒性的物种敏感性分布频次和基于保护95％水稻品种的Cd毒性阈值HC5进行了预测。结果表明：水培条件下,随着Cd处理浓度（0．30 - 6．0mg·L^-1）的增加,水稻对Cd富集系数（SCV）明显下降,而转运系数（TF）呈现出增加的趋势,总体而言,杂交品种水稻对Cd的转运系数高于常规品种水稻。不同水稻对Cd胁迫的半抑制浓度阈值（EC50）变化范围为0．552—24．01mg·L^-1,不同水稻品种EC50相差1．18-43．49倍,10％抑制浓度（EC10）变化范围为0．033～1．624mg·L^-1,不同水稻品种EC50相差1．758-49．21倍。不同水稻对Cd的毒性呈现出明显的敏感性差异特征,Bur-Ⅲ分布模型预测结果表明,基于保护95％的水稻品种,Cd的10％抑制浓度值（HC5^10%）为0．045mg·L^-1,50％抑制浓度值（HC550％）为0．594mg·L^-1。研究结果为我国水稻Cd污染防治及土壤Cd质量标准的修订提供了依据。     

聚六亚甲基双胍对凡纳滨对虾不同生长阶段及饵料藻类的安全性研究

采用药浴方式,研究了一种新型消毒剂——聚六亚甲基双胍对凡纳滨对虾受精卵、无节幼体、幼虾、成虾的毒性及饵料藻类的影响。结果表明,聚六亚甲基双胍对凡纳滨对虾幼虾24、48h的LC50为64.1mg·L^-1和31.13mg·L^-1,安全浓度Sc为2.20mg·L^-1;聚六亚甲基双胍对凡纳滨对虾成虾24、48h的LC50为66.17mg·L^-1和32.16mg·L^-1,安全浓度Sc为2.28mg·L^-1,为了保证凡纳滨对虾的安全性,聚六亚甲基双胍的用量应控制在0.5mg·L^-1之内;聚六亚甲基双胍在125mg·L^-1浓度内对受精卵的孵化率无明显影响,0.5mg·L^-1浓度以内对无节幼体的变态率无明显影响。聚六亚甲基双胍对球等鞭金藻和亚心形扁藻表现出了明显的剂量-效应关系,其对球等鞭金藻和亚心形扁藻的生长不产生抑制的最高浓度为5mg·L^-1;聚六亚甲基双胍对球等鞭金藻48、96、144h的EC50为27.01、34.95mg·L^-1和33.14mg·L^-1;亚心形扁藻为34.65、28.73mg·L^-1和20.57mg·L^-1,聚六亚甲基双胍对两种藻类的安全浓度分别3.5mg·L^-1和2.9mg·L^-1,表明聚六亚甲基双胍对亚心形扁藻的影响更明显。     

冬前积温对河南省小麦冬前生长发育的影响

为了给播期调整和提高自然资源利用率提供科学依据,在大田试验条件下,以3个半冬性和3个弱春性小麦品种为供试材料,对冬前积温为350~900℃.d范围内的小麦冬前生长发育进行了分析。结果得出:①播种-出苗的天数和所需积温随着冬前积温的降低而增加,冬前积温每降低100℃.d,播种-出苗天数约增加0.7d,所需积温约增加3.7℃.d(半冬性)或2.5℃.d(弱春性);②冬前积温与冬前主茎叶龄和冬前每叶积温均呈显著正相关(P0.01),冬前积温每降低100℃.d,冬前主茎叶龄约减少0.9片(半冬性)或1.0片(弱春性),每叶积温减少5.0℃.d左右;③随冬前积温的降低,幼穗分化进入单棱期和二棱期的时间推迟,单棱期持续天数增加而二棱期持续天数减少,冬前积温每降低100℃.d,单棱期平均增加10.0d(半冬性)或12.9d(弱春性),二棱期平均减少15.5d(半冬性)或17.4d(弱春性)。结论为,符合冬前壮苗叶龄指标的适宜冬前积温为550~750℃.d(半冬性)和450~600℃.d(弱春性),保证小麦以二棱期安全越冬的适宜冬前积温为650~800℃.d(半冬性)和550~700℃.d(弱春性),从叶龄指标和安全越冬两方面考虑,河南省小麦适宜冬前积温范围为650~750℃.d(半冬性)和550~600℃.d(弱春性)。     

富营养化水体中芦苇和菖蒲浮床氮净化能力比较研究

以小兴凯湖水为原水配制不同富营养化程度的污水,比较了芦苇和菖蒲浮床系统对TN的去除效果,分析了植物根系特征和植物吸收氮总量与氮去除效率和速率之间的关系,研究氮去除的主要途径和主要影响因素。结果表明,芦苇和菖蒲浮床对TN均有较强的净化能力,在TN浓度分别为9．63、4．58mg·L^-1的污水中,芦苇浮床对TN的平均去除率分别为91．5％和84．2％,菖蒲浮床的去除效率分别为89．9％和82．8％,植物吸收对氮去除的贡献率为36．4％～77．1％。两种污水中,芦苇浮床在生长末期前2d对TN的平均去除速率分别为4．20、1．77mg·L^-1·d^-1,显著高于菖蒲浮床的1．75、1．04mg·L^-1·d^-1。两种植物的根系总长度、表面积和体积3个指标均与TN去除速率呈正相关关系（R≥0．826,P〈0．01）,根系发达程度是影响TN去除速率的主要因素。     

外源钙对镉胁迫下芥菜型油菜幼苗生长和生理特性的影响

通过水培试验研究5、10mmol·L^-1Ca^2＋对不同水平镉处理下的油菜幼苗生物量、根长、丙二醛（MDA）和H2O2含量以及抗氧化酶活性的影响,利用HPLC分析外源钙对油菜幼苗镉胁迫下还原型谷胱甘肽（GSH）含量的变化情况。结果表明,镉处理浓度为150、300、450μmol·L-^1时,5和10mmol·L-1Ca^2＋均能有效增加植株的生物量和根长,5mmol·L^-1Ca^2＋能显著减少油菜幼苗中MDA和过氧化氢（H2O2）含量,增强超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽还原酶（GR）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）和谷胱甘肽转移酶（GST）的活性及GSH的含量。镉胁迫浓度为600μmol·L-1时,施钙后油菜幼苗出现生物量低、MDA含量高、抗氧化酶活性和GSH含量均下降,与CK相比差异不显著（P〉0.05）。镉处理浓度≤450μmol·L-1时,5mmol·L^-1Ca^2＋能明显缓解芥菜型油菜生长和生理所受胁迫,外源钙可作为减轻镉胁迫对油菜毒害的保护剂。     

臭氧胁迫对水稻光合作用与产量的影响

采用开顶式气室（OTC）,对水稻“3694繁”（Oryza sativa L.3694 Fan）进行田间原位臭氧（O3）熏气实验,研究了不同O3浓度熏气处理下水稻光合色素、气体交换参数以及产量的响应。实验设置分4个水平：过滤大气组（CF,10 nL.L^-1）、自然大气组（NF,40nL.L^-1）和两个不同浓度的O3处理组（O1：100 nL.L^-1;O2：150 nL.L^-1）。结果表明：（1）与CF组相比,两个不同浓度的O3处理均导致水稻叶片光合色素含量大幅度下降,加速水稻的衰老过程;（2）在实验进程中,O3处理导致水稻叶片气体交换参数发生显著变化,饱和CO2浓度的净光合速率（Psa）t、气孔导度（Gs）、水分利用效率（WUE）、气孔限制值（Ls）和羧化效率（CE）均呈现下降趋势,表明O3浓度的升高使水稻光合作用对CO2的利用效率降低,水稻在灌浆期对O3最为敏感;（3）O3处理使水稻产量损失明显,当AOT40值达到2.32μL.L^-1h时,就能导致水稻产量10%的减产。     

HPLC测定水体中毒死蜱及其有毒降解产物TCP

通过比较不同的提取溶剂和使用量,就水体中毒死蜱和TCP残留提取的效果及不同的流动相组成和比例对毒死蜱和TCP测定的影响,建立了水体中毒死蜱及TCP的HPLC残留分析方法。结果表明,水体中毒死蜱和TCP最佳提取溶剂为乙酸乙酯,提取次数为2次,用量分别为50和30mL。色谱条件为：流动相为甲醇：水=90：10或乙腈：水=90：10,流速1mL·min^-1;紫外检测波长300nm。当流动相为甲醇：水=90：10时,毒死蜱和TCP的保留时间分别为6．4和3．6min;当流动相为乙腈：水=90：10时,其保留时间分别为5．6和2．5min。毒死蜱和TCP的检出限分别为0．5和0．15ng。当毒死蜱和TCP在水中的添加浓度为0．01～5mg·L^-1时,标准添加回收率分别为91．4％-105．1％和90．6％～105．4％,变异系数分别为0．99％～4．12％和0．29％～9．33％。水样中毒死蜱和TCP的最小检出浓度分别为2和0．6ng·mL^-1。     

酸性条件下红壤表面Zn^2＋-H^＋反应动力学的能量特征

用自行设计的动力学装置研究了酸性条件下Zn在红壤表面的反应动力学能量特征。结果表明,酸性条件下,Zn吸附分为快反应和慢反应。用一级动力学方程拟合的Zn最大吸附量：pH5.5处理Zn的最大吸附量在289 K时为1.79 mmol.kg^-1,在313 K时为2.62 mmol.kg^-1;pH3.3处理Zn的最大吸附量在289 K时为0.12 mmol.kg^-1,在313 K时为0.16 mmol.kg^-1。即吸附量随酸度增加显著下降,随温度升高明显增加。用扩散速率常数计算的活化能（ΔE＊）：pH5.5处理Zn的ΔE＊为9.05 kJ.mol^-1,pH3.3处理Zn的ΔE＊为12.02 kJ.mol^-1,随酸度的增加ΔE＊增加,Zn扩散需克服的能障加大,Zn吸附量降低。ΔH值为正,温度升高可促进Zn的扩散;ΔS值均为负,说明吸附反应使体系有序度增加。原液pH为5.5时,流出液的pH急剧下降;pH4.3、pH3.8和pH3.3时流出液比流入液的pH高,是由于土壤的缓冲作用和土壤表面质子化;当溶液中H＋超过一定数量后,反应初期的H＋消耗是快反应过程,H＋对矿物的溶蚀成为速率控制步骤。