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从莱阳、寿光等地采集的土壤样品和盆栽试验的菠菜植株样品中,分离并筛选到8株对氯氰菊酯有一定降解效能的细菌菌株,其中菌株T1和菌株Y3均能高效降解氯氰菊酯。通过形态学鉴定和生理生化鉴定,将这8株细菌菌株鉴定到种。对菌株T1和菌株Y3,进一步测定它们的生物学特性,分离它们的降解酶并测定其特性,对它们进行物理诱变和化学诱变。
经鉴定,菌株T1为解藻朊类芽孢杆菌(Paenibacillus alginolyticus),菌株T2为解淀粉类芽孢杆菌(P.amyloyticus),菌株T3为浅黄假单胞菌(PS.luteola),菌株T4为迟缓芽孢杆菌(B.lentus),菌株T5为巨大芽孢杆菌(B.megaterium),菌株Y1为类芽孢杆菌属(Paenibacilius),菌株Y2为类芽孢杆菌属(Paenibacillus),菌株Y3为居瘤胃菌棒杆菌(Corynebacterium vitarumen)。
菌株T1没有内生性,而菌株Y3具有内生性,可以在菠菜体内生定殖。菌株Y3以灌根的方式进入菠菜植株的根系,并可在菠菜体内转移,在根中的定殖能力最强,茎中次之,叶中的定殖能力最差。菌株Y3在菠菜不同部位的定殖时间都是为30d,其中,到第13d时在根部和茎部定殖达到最高峰,而到第8d时在叶部定殖就达到最大值。
菌株T1的生长对数期为12-24h,最佳生长条件为:培养基(KB)、培养温度(20℃)、底物浓度(200mg/L)、培养时间(72h)、pH值(6.6)和装液量(75ml/250ml),最佳产酶条件应为:培养基(KB)、培养温度(40℃)、底物浓度(50mg/L)、培养时间(96h)、pH值(6.6)和装液量(25ml/250ml)。菌株Y3的生长对数期为16-48h,最佳生长条件为:培养基(TSA)、培养温度(30℃)、底物浓度(100mg/L)、培养时间(72h)、pH值(6.2)和装液量(75ml/250ml),最佳产酶条件为:培养基(KB)、培养温度(40℃)、底物浓度(10mg/L)、培养时间(72h)、pH值(7.0)和装液量(25ml/250ml)。
氯氰菊酯在菠菜秘土壤中的残留动态显示:对照菠菜和土壤中氯氰菊酯农药残留量随时间的延长呈现先升后降的趋势,在168h时对照菠菜和土壤中氯氰菊酯残留量仍然较高。在喷氯氰菊酯和菌株Y3的处理中,3h后该处理菠菜中氯氰菊酯残留量迅速下降,到24h时该处理菠菜中氯氰菊酯残留量已经达到国家叶菜类蔬菜中氯氰菊酯残留量的要求,小于1mg/kg的水平;土壤中氯氰菊酯的残留量到72h后残留量已经达到小于1mg/kg的水平。在喷氯氰菊酯和菌株T1的处理中,到72h后该处理菠菜中氯氰菊酯残留量才达到小于1mg/kg的水平,到48h后该处理土壤中氯氰菊酯残留量才达到小于1mg/kg的水平。在菠菜中氯氰菊酯残留动态中,无内生性的菌株T1对氯氰菊酯的降解效果不如具有内生性的菌株Y3的降解作用更加明显。在土壤中氯氰菊酯残留动态中,菌株T1对氯氰菊酯农药残留的降解效果比菌株Y3更加明显。另外,在同一个处理中,土壤样品中氯氰菊酯农药残留量要远远高于菠菜中氯氰菊酯农药残留的含量。
菌株T1和菌株Y3降解氯氰菊酯,主要的中间产物为3-苯氧基苯甲醛和3-苯氧基苯甲氰,这些降解产物对环境无不良作用。具体降解途径推断为:氯氰菊酯首先酯键断裂分解为苯氧基苯甲氰,然后经过脱氰基转化为苯氧基苯甲醇,其进一步氧化为苯氧基苯甲醛,它也继续氧化变成苯甲酸。
菌株T1和菌株Y3的胞内酶在不同条件下对氯氰菊酯农药均未显示降解活性,而胞外酶对氯氰菊酯农药均有较高的降解率,达70%以上。菌株T1胞外酶对氯氰菊酯的最佳降解条件是pH7.5、35℃,菌株Y3胞外酶的最佳降解条件是pH8.0、35℃。
通过DES诱变,分别获得8株菌株T1的突变株和4株菌株Y3的突变株,通过紫外诱变,分别获得6株菌株Y3的突变株和1株菌株T1的突变株,这些突变株与出发菌株相比,它们对氯氰菊酯的降解率有明显的提高,继代培养结果显示它们具有一定的遗传稳定性。