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微生物代谢烟碱类杀虫剂啶虫脒和噻虫啉的研究
本文研究了微生物对烟碱类杀虫剂啶虫脒(AAP)和噻虫啉(THI)的代谢和降解作用,分析了杀虫剂的分子结构与微生物代谢之间的关系,并结合土壤微生物对烟碱类杀虫剂的降解半衰期和代谢产物的生物活性,探讨了烟碱类杀虫剂的分子结构-代谢.代谢产物生物活性.施用方式之间的关系。
1.本实验室前期研究发现粘质红酵母Rhodotorula mucilaginosa IM-2可降解AAP,本文进一步研究了R.mucilaginosa IM-2对AAP、THI、吡虫啉(IMI)和氯噻啉(IMT)的代谢及代谢途径。R.mucilaginosa IM-2在含蔗糖的矿物培养基中可降解含氰基亚胺基药效基团的AAP和THI,降解半衰期分别为3.4和14.2天;R.Mucilaginosa IM-2不降解含硝基亚胺基药效基团的IMI和LMT。转化产物经HPLC-MS和核磁共振(NMR)光谱分析显示,R.mucilaginosa IM-2可氧化断裂AAP的氰基亚胺基生成中间产物M1-3;水合THI的氰基生成酰胺噻虫啉(THI amide)。细胞色素P450酶抑制剂胡椒基丁醚(PBO)和黄素单加氧酶抑制剂甲硫咪唑不抑制R.Mucilaginosa IM-2对AAP和THI的降解和产物形成,表明单加氧酶系没有参与AAP和THI的降解及产物的生成。
IM1-3和THI amide对蚕豆蚜生物活性的测试表明,IM1-3没有杀虫活性;THIamide有相当的内吸和触杀活性,但其触杀活性比THI降低了38.6倍,内吸活性比THI降低了15.6倍。R.mucilaginosa IM-2菌株代谢AAP生成IM1-3是一种生物活性丧失的过程,转化THI生成THI amide则是一个降低生物活性的过程。R.mucilaginosa IM-2在灭菌土壤中显示了一定的降解AAP和THI的能力,30 d实验组的AAP减少40.0％,对照组的AAP减少了14.5％(p＜0.01),添加酵母的土壤和对照土壤均未检测到AAP的代谢产物。30 d实验组的THI减少39.7％,而对照组THI减少了29.6％(p＜0.05)。添加酵母的土壤和对照土壤均检测到THI amide的生成,但两者没有差异。
2.研究了草酸青霉Penicillium oxalicum IM-3对四种氯代烟碱类杀虫剂IMI,THI,NIT和AAP的降解。P.oxalicum IM-3可降解AAP和IMI,但不降解THI和NIT,14 d可降解41.6％的AAP和14.1％的IMI。P.oxalicum IM-3代谢AAP可发生N-脱甲基作用生成产物IM2-1以及氧化断裂氰基亚胺基药效基团生成产物IM1-3。
3.进一步开展了可降解AAP和THI微生物菌种的分离和筛选工作,从快速降解THI的土壤中筛选出一株J1菌株,经16S Rdna序列分析,J1菌株鉴定为贪噬菌属Variovorax,Variovorax sp.J1可将THI转化为THI amide。与R.mucilaginosa IM-2水合THI生成THI amide不同,Variovorax sp.J1静息细胞比生长细胞具有更快速的THI水合能力,60 h可降解62.5％THI,95.6％降解的THI转变为THI amide。Variovoraxsp.J1不需要添加蔗糖进行共代谢。以腈水合酶基因同源基因序列和保守序列两种方法进行Variovorax sp.J1菌株的腈水合酶基因克隆,未获得目的片段。将Variovorax sp.J1添加到土壤中进行THI的降解试验,结果显示,Variovorax sp.J1不能加速THI降解。
综上所述,本论文研究了R.mucilaginosa IM-2、P.oxalicum IM-3和Variovorax sp.J1可以降解烟碱类杀虫剂AAP和/或THI,R.mucilaginosa IM-2可专一性水解药效基团-氰基亚胺基,但不降解IMI和IMT的硝基亚胺基药效基团。AAP和THI不适合土壤施用,可能主要是由于氰基亚胺基更容易被土壤微生物降解,且降解产物活性降低一个数量级或没有生物活性所导致。研究结果有助于了解烟碱类杀虫剂的分子结构(各种砌块)、代谢和代谢产物生物活性之间的关系,从而有助于新烟碱类农药的分子设计。