氯嘧磺隆高效降解菌的筛选、鉴定及土壤修复研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wecofe
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
除草剂氯嘧磺隆被广泛用于大豆田阔叶杂草的防治,具有除草效率高、对人畜低毒等优点。然而长期过度施用也带来了一系列的问题,如土壤退化、轮作障碍以及对土壤微生物的潜在抑制作用等。本研究分离到一株具有高效降解氯嘧磺隆活性的菌株,命名为CHL1,该菌株同时对甲磺隆、苯磺隆具有高效降解活性。多相鉴定结果表明该菌株为甲基孢囊菌科的潜在新属。借助Illumina Hiseq2000测序平台,对菌株CHL1做了全基因组测序,填充了数据库的空白,为解析氯嘧磺隆的代谢途径提供参考。该菌株被用于氯嘧磺隆污染土壤的修复实验和植物解毒实验,结果表明菌株CHL1对土壤中不同浓度(10μg/kg-1000μg/kg)氯嘧磺隆均表现出高效的降解活性,显著改善了后茬敏感作物玉米的各项生长指标,缓解了土壤微生物受到的抑制作用,且两次接种菌株CHL1可显著提高修复效果。该菌株体内参与除草剂降解的第一步去酯化反应的酯酶SulE,被首次固定化在一种环境友好、可降解的载体-交联聚(γ-谷氨酸)/明胶水凝胶(CPE)中,显著改善了酯酶SulE的热稳定性、pH稳定性及可重复利用性,提高了其在不同pH值土壤和溶液中的氯嘧磺隆降解效率。  当以氯嘧磺隆为唯一碳源时,菌株CHL1在30℃,4天内对初始浓度为50mg/L氯嘧磺隆的降解率可达到95%以上。此外,该菌株还可以高效降解苯磺隆和甲磺隆。菌株CHL1对土壤中不同浓度(10μg/kg-1000μg/kg)氯嘧磺隆均表现出显著的降解活性。当有菌株CHL1添加时,分别经过15、30、45天的培养,10μg/kg、30μg/kg、50μg/kg氯嘧磺隆处理组土壤中的氯嘧磺隆残留量已经低于检测限;即使在高浓度(100μg/kg和1000μg/kg)氯嘧磺隆处理组,接种菌株CHL1的土壤中氯嘧磺隆残留量也要显著低于同剂量未接种土壤。  植物解毒实验显示菌株CHL1可以显著缓解氯嘧磺隆对玉米的抑制作用。在未接种菌株CHL1的土壤中,10μg/kg的氯嘧磺隆剂量即可显著影响玉米的发芽率、发芽时间、株高、鲜重及主根长等指标。高剂量的氯嘧磺隆的抑制作用更为严重和持久。当添加有菌株CHL1时,氯嘧磺隆的降解速率显著加快,其对玉米造成的毒害作用得到了显著缓解。  菌株CHL1可以显著缓解氯嘧磺隆对土壤微生物群落的抑制作用。高浓度的氯嘧磺隆会显著降低微生物生物量,增加微生物的压力指数,对细菌、真菌以及氮循环功能基因的丰度都有显著抑制作用,而菌株CHL1的添加可显著缓解氯嘧磺隆对微生物的抑制作用,而且接种菌株两次具有更好的解毒效果。在中、低浓度氯嘧磺隆处理组中,菌株CHL1的添加可以使微生物生物量更快的恢复至对照水平;在高浓度氯嘧磺隆处理组中,添加菌株CHL1虽然不能使微生物生物量恢复至对照水平,与未接种处理组相比也有显著的缓解。在接种菌株CHL1一次的处理组中,细菌、真菌、AOA和nirS指示基因的拷贝数可在60天修复实验后恢复至对照水平;nifH基因的拷贝数则需要两次接种菌株CHL1才能恢复至对照水平;而AOB和nirK基因的拷贝数无论接种与否到实验结束时都没能恢复至对照水平。  与自由酶相比,固定化酶CPE-SulE的热稳定性、pH稳定性及可重复利用性都有了显著改善。此外,CPE-SulE在不同pH值土壤和溶液中都表现出更高的氯嘧磺隆降解效率,特别是在酸性条件下效果尤为显著。即使在pH5.0的缓冲液和pH4.95的土壤中,固定化酶CPE-SulE对氯嘧磺隆的降解效率(33.6%和45.7%)也要显著高于自由酶SulE(10.5%和19.1%)。  多相鉴定结果表明该菌株为革兰氏阴性、好氧、不产芽孢、不可运动、无色杆菌,增殖方式为二分裂;该菌株的主要脂肪酸为18∶1w7c/18∶1w6c(75.78%),16∶0(15.75%);呼吸醌的主要类型为Q10;主要的磷脂为磷脂酰乙醇胺、心磷脂和卵磷脂;基因组DNA中G+C%为69.4%;与模式菌株DSM22840T和DM9T的DNA-DNA杂交率很低,分别为22.41±1.98%和25.14±4.31%;基于16S rDNA构建的系统发育树中菌株CHL1代表了甲基孢囊菌科的一个独立分支,并未与其他属的模式菌株聚在一起。因此,菌株CHL1属于甲基孢囊菌科的一个潜在新属。  借助Illumina Hiseq2000平台,对菌株CHL1的基因组进行测序,共获得了3.16G的原始数据,共计5,677,839bp的碱基序列被拼接装配为188个contigs,40个scaffolds。基因序列总长占到基因组的88.4%,基因序列平均长度约为871bp。通过与string数据库比对,对2272个蛋白编码基因进行了功能注释和预测,归为23个COG分类。通过KEGG分析,得到199张代谢图谱,其中有37张与异源物质的代谢相关。基因组测序分析为阐述菌株降解磺酰脲类除草剂的代谢途径提供依据。  综上所述,我们的研究结果表明菌株CHL1属于甲基孢囊菌科的一个潜在新属,具有原位修复氯嘧磺隆污染土壤的潜力。而固定化则拓宽了酯酶SulE的适用范围,改善了其适应性,而这些在氯嘧磺隆的原位修复中至关重要。
其他文献
胚胎干细胞(embryonic stem cells,ES细胞)具有的在特定的培养条件下无限自我更新和分化为体内所有种类细胞的能力,使其成为研究哺乳动物早期胚胎发育的重要细胞模型和临床上进行
随着传统化石能源的逐步枯竭,全球能源供给问题不断突出,主要存在能源战略缺乏统筹、能源结构转型困难以及能源生产消费不匹配的问题,而光伏发电作为绿色环保可持续的新型能源,必将在未来的能源发电中占有很大比例,将会有越来越多的分布式光伏接入主动配电网中。但由于光伏出力的波动性和随机性,其输出功率受多种气象和环境因素以及自身结构特性影响,在配网中的利用效率不高、光伏功率输出过高和不足都会影响电网的安全可靠运
学位
阔叶红松林区是我国主要的木材供应基地,肩负着生产木材、支持国家经济建设的重任;同时阔叶红松林也是东北地区重要的生态屏障,维系着东北地区的生态安全。由于多年的不合理经
随着智能电网的提出和电力系统自动化技术日益发展,特别是无人值班变电站运行模式的推广,需要在传统电力系统自动化系统实现“四遥”功能的基础上,为变电站配置一套完整的视频监
小兴安岭地区的森林景观是我国重要的森林碳库,而小兴安岭也是我国受气候变化最显著的区域之一。固碳速率和潜力是反映森林景观固碳功能最重要的两个指标。探索小兴安岭地区森
农田生态系统通过地上植被的光合作用固定大气中的CO2和农田土壤固碳的方式可作为全球生态系统中较大的碳库。不同于其他自然生态系统,人类活动的干扰(主要指籽粒收获,桔秆还田)
随着现代工业和制造业的迅猛发展,传统的多自由度电机由于其结构复杂,控制难度高及能耗大等缺点已渐渐的退出历史舞台。国内外学者不断加深对永磁多自由度电机的研究力度,相继研制出多种永磁多自由度电机。本文总结了各种永磁多自由度电机的优点,提出了一种新型液质悬浮式混合驱动多自由度电机。文中对该电机的电磁和转矩特性及电机内液体油膜流体和温升进行详细分析,具体工作归结如下:1)提出了一种液质悬浮式多自由度球形电
钙调磷酸酶(Calcineurin,CN)是目前所知唯一依赖Ca/CaM的ser/thr蛋白磷酸酶.该酶由A、B二亚基以1:1的比例组成异二聚体,A亚基(CNA)是催化亚基;B亚基(CNB)是调节亚基,能促进CN
当前,运用人类已有的科学知识与手段,多学科地研究维护健康,防治疾病的规律、方法与手段,已成为全人类共同的目标与任务.鉴此,该研究以现代生命科学的重要分支——微生态学和
电力系统无功运行情况及对其进行的优化控制作为电网安全经济运行的重要内容,越来越受到人们的关注。考虑到无功问题的局部性,根据潮流追踪的结果,研究无功分布的特点,并据此展开对无功补偿及无功分区新方法的研究,是本文的主要工作。首先,本文在应用潮流追踪方法分析电力系统无功传输路径的基础上,提出了一种改善电力系统无功传输和降低有功网损的无功补偿点选择和补偿容量确定的方法。该方法通过无功潮流追踪,获得负荷无功