三唑酮降解菌SM3的降解特性及其在污染土壤中的应用

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三唑酮因其广谱活性高、杀菌速度快、作用时间长、吸收传导性强等优点,被广泛用于小麦、玉米、水果、蔬菜、花卉等作物防治锈病和白粉病以及调节植物生长。随着三唑酮在农业生产中的大量使用,过量的三唑酮会以直接或间接的方式进入土壤环境。同时,由于其高度的稳定性、流动性和吸附性,在土壤环境中长期积累,对生态系统构成威胁,影响生态系统平衡,最终影响人类健康和经济福祉,因此环境中的三唑酮残留污染问题亟待解决。微生物修复因具有成本低、效率高、无二次污染、易操作等优点,近年来已成为环境污染治理的研究热点。国内外对农药的微生物降解进行了较为广泛的研究,已分离筛选出对农药有降解作用的菌株,且随着研究的日趋深入,降解农药的微生物种类不断被发现,降解效果稳定提高,一些微生物已被应用于土壤污染修复中。但微生物降解农药的类型多集中在除草剂、杀虫剂,杀菌剂的微生物降解研究较少,鲜见有关三唑酮降解菌的研究报道。本研究以课题组前期筛选到的一株三唑酮高效降解菌SM3为对象,在实验室模拟条件下研究各种环境因子对三唑酮降解特性的影响,并在此基础上对菌株SM3降解酶进行定位和酶学性质研究,进而将菌株SM3应用于修复三唑酮污染土壤中,分析三唑酮在土壤中的降解动态,确定其对三唑酮的降解效果,为进一步利用微生物降解三唑酮污染的环境提供了理论基础和依据。主要研究结果如下:1.三唑酮降解菌的生长和降解特性研究通过单因素实验研究了不同温度、p H值、接菌量、盐度和葡萄糖含量对菌株SM3生长和对降解三唑酮的影响。初步获得菌株SM3生长和对三唑酮降解的最佳条件为:温度30℃、p H值7.0、接菌量5%,盐浓度10 g/L和葡萄糖含量1%。2.响应面分析法优化降解菌的降解条件利用BBD实验设计及响应面分析法,对菌株SM3的降解条件进行了优化。结果表明:p H为7.3、接菌量7%、温度为31.2℃时,菌株SM3对三唑酮降解率理论最优值可达到87.61%。在此条件下进行菌株SM3对三唑酮降解试验,得到实际三唑酮降解率为86.05%(3次重复平均值),与理论最优值拟合度达到98.22%,表明通过响应面分析法对菌株SM3降解三唑酮条件的优化合理有效,并具有实际意义。3.三唑酮降解菌的酶学研究通过提取菌株SM3的胞内酶、胞外酶和细胞周质酶的粗酶液,对降解酶进行定位分析。结果表明,胞内酶对三唑酮的降解效果优于胞外酶和细胞周质酶,36 h降解率可达到62.64%,由此可以推断出菌株SM3降解三唑酮关键酶为胞内酶。该酶对三唑酮酶促降解条件:最适p H为7,最适温度为30℃。且温度在10~30℃、p H在6.0~8.0内该降解酶均具有较好降解活性,说明该酶对热和p H具有良好的耐受性。不同金属离子对酶活性产生的影响不同,Fe2+、Cu2+、Zn2+对酶活性有抑制作用,Ca2+、Mg2+、Mn2+对酶活性有促进作用。该酶的米氏常数(Km)为67.477 mmo L/m L,最大反应速度(Vmax)为1.3537 mmo L/h。4.三唑酮降解菌在土壤中的应用研究实验室模拟三唑酮污染土壤,利用菌株SM3修复污染土壤,分析三唑酮在土壤中的降解动态,确定菌株SM3对三唑酮的降解效果。当土壤中三唑酮的浓度为0.4mg/kg、2.0 mg/kg、5.0 mg/kg时,添加菌株SM3处理组的降解半衰期分别为4.72 d、13.08 d、21.67 d,而未添加菌株SM3处理组降解半衰期分别为16.12 d、33.01 d、46.21d。与未添加菌株SM3的处理组相比,三唑酮的降解半衰期分别缩短了70.72%、60.38%、53.11%。且三唑酮浓度越小,降解速率越快,当三唑酮浓度为0.4 mg/kg时,菌株对三唑酮降解速率最快,25 d时可达99.7%;而当浓度为5 mg/kg时,菌株对三唑酮的降解率最大仅为58.1%。结果说明三唑酮的添加量越少,其在土壤中越易被降解,残留期越短。
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