氰戊菊酯生物降解特性研究

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氰戊菊酯(Fenvalerate)等拟除虫菊酯类农药是高效、广谱、应用范围广泛的杀虫剂。随着拟除虫菊酯类农药的广泛长期施用,其在农产品和食品中的大量残留,不仅对人体健康造成损害,还严重威胁到农副产品加工和生产的安全性,特别是经长期的积聚,更加剧了其对环境的威胁。本文从长期施用拟除虫菊酯类农药的菜园土壤中筛选具备降解氰戊菊酯能力的菌株,通过富集驯化后,获得可耐受较高氰戊菊酯浓度的菌株40株。能高效降解氰戊菊酯的菌株BFE-023和CY-012经形态学、生理生化、16S rDNA等特征分析均被鉴定为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis),地衣芽孢杆菌是肠道益生菌,具有良好的研究价值和应用前景。研究了菌株BFE-023和CY-012的降解特性,两菌株均能有效的降解氰戊菊酯,且还能同时降解高效氯氰菊酯、氰戊菊酯、氯菊酯和联苯菊酯。采用高效液相色谱法,分别对两菌株的降解条件进行了优化,在优化条件下,菌株BFE-023和菌株CY-012对氰戊菊酯的降解率均达到80%以上。以同时添加高效氯氰菊酯、氰戊菊酯、氯菊酯和联苯菊酯四种拟除虫菊酯类农药的培养液为降解体系,采用HPLC同时检测四种农药的浓度,发现菌株BFE-023和菌株CY-012均能在此降解体系中同时降解四种农药,且其对高效氯氰菊酯、氰戊菊酯、氯菊酯和联苯菊酯的降解能力不同。说明地衣芽孢杆菌BFE-023和CY-012对拟除虫菊酯类农药的降解谱较宽,且其降解能力的差异可能与农药分子中某些特殊基团以及农药毒性大小有关。基于对两菌株的降解特性和降解谱的研究,以降解能力较好的地衣芽孢杆菌BFE-023为代表,分析其降解氰戊菊酯的中间产物及其降解中间产物的可持续降解性,推测其降解途径。采用GC-MS检测方法,检测到降解体系中有α-异丙基-4-氯苯乙酸和3-苯氧基苯甲醇,说明该菌株降解氰戊菊酯的第一步是由酯酶催化的水解反应,然后α-异丙基-4-氯苯乙酸转化为4-氯苯乙酸,说明了α-异丙基-4-氯苯乙酸能继续进行降解,同时降解体系中含有苯甲酸和苯酚,说明了菌株BFE-023可能对3-苯氧基苯甲酸有降解能力。在此基础上,继续以4-氯苯乙酸、苯甲酸和苯酚为底物,发现其均能被菌株BFE-023有效降解。由此可知菌株BFE-023对氰戊菊酯的降解较为彻底。根据以上结果,推测了地衣芽孢杆菌BFE-023降解氰戊菊酯的途径,为下一步阐明其降解机理奠定了基础。论文研究结果丰富了降解氰戊菊酯的微生物菌株资源库,为环境中多种拟除虫菊酯类农药残留的同时检测以及降解提供了方法依据。详细探讨了氰戊菊酯可能的降解途径,为进一步阐明其降解机理提供了参考,同时为氰戊菊酯的生物修复奠定了基础,为其他类型农药的降解提供借鉴,具有一定的参考价值和应用前景。
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