噻虫胺降解菌株的分离、鉴定及其在土壤污染修复中的应用基础

论文摘要

近年来,温室在世界各地广泛应用,温室既带来经济效益,但也存在环境污染问题。农药的不合理使用不仅会破坏土壤质量,还会污染空气、水体,甚至通过食物链进入人体,危害人体健康。噻虫胺是日光温室中经常使用的、高水溶性和低挥发性的小分子物质,且在土壤中的半衰期很长,容易浸入地表径流或地下水。此外,噻虫胺对一些非目标生物如蜜蜂,鸟类和水生无脊椎动物产生影响,因此,噻虫胺农药污染土壤的生物修复技术的研究,具有十分重要的意义。本研究以10年连作温室蔬菜大棚土壤为研究对象,以噻虫胺为目标农药,在室内土壤生态模拟条件下,研究了噻虫胺残留对土壤pH、土壤酶活性以及土壤可培养微生物数量的影响,采用富集驯化法筛选并构建复合菌系,并采用单一变量法和液相色谱串联质谱法研究了复合菌系对噻虫胺的最佳降解条件和降解途径,通过高效液相色谱法研究了噻虫胺在不同处理土壤中的残留变化及复合菌系对噻虫胺污染土壤的生物修复效果,其主要研究结果如下:不同浓度噻虫胺均对土壤pH产生抑制作用;5 mg kg–1和20 mg kg–1噻虫胺对蔗糖酶活性表现为促进作用,但50 mg kg–1噻虫胺对蔗糖酶活性产生抑制作用;不同浓度噻虫胺对脲酶活性作用表现为“促进–抑制–恢复”变化趋势;低浓度的噻虫胺对过氧化氢酶活性作用表现为“抑制–促进–抑制”变化趋势,但高浓度噻虫胺对过氧化氢酶活性表现为抑制作用;对于碱性磷酸酶,不同浓度噻虫胺均表现为抑制作用;不同浓度噻虫胺对土壤细菌和真菌数量表现为先抑制后促进的作用,但对放线菌表现为强烈的抑制作用,且浓度越大,抑制作用越强。从甘肃天水蔬菜大棚土壤中分离筛选到5株噻虫胺高效降解细菌,分别鉴定为苍白杆菌（Ochrobactrum anthropic）、肠杆菌属（Enterobacter sp.）、不动杆菌属（Acinetobacter johnsonii）、单胞菌属（Pseudomonas putida）和寡养单胞菌属（Stenotrophomonas maltophilia）,为了提高菌株对噻虫胺的降解效率,本研究构建并筛选了复合菌系SCAH,该复合菌系在以噻虫胺(500 mg L–1)为唯一碳源的无机盐培养基中,培养15 d后,其降解率达到79.3%。考察了复合菌系SCAH降解噻虫胺的特性,发现其在pH值为6.0、温度为35℃、接种量为3%时对噻虫胺的降解率最高,培养10 d后,其降解率达69.8%。通过LC-MS图谱对复合菌系SCAH降解噻虫胺的途径作出了推论,发现噻虫胺的主要代谢反应如下:（1）硝基亚氨基部分转化为尿素化合物N-（2-氯-1,3-噻唑-5-基甲基）-N-甲基脲（TZMU）;（2）部分硝基胍中N–N键的断裂和噻唑基中C–Cl键的断裂形成N-（1,3-噻唑-5-基甲基）-N’甲基弧（TZMG）,并通过噻唑基甲基部分与硝基胍部分之间的C–N键的断裂进一步代谢为5-氨基甲基噻唑（MTZ）。在土壤模拟研究中,发现生物强化与生物刺激联合处理组（NBA）修复噻虫胺污染土壤的效果最好,修复45 d后,该处理组对噻虫胺的降解率达到95.7%。采用高效液相色谱法测定噻虫胺在土壤中的残留,其最低检测浓度为0.01 mg kg–1,平均添加回收率为84.2%86.4%,相对标准偏差为5.5%7.4%,结果可靠,符合农残分析标准。噻虫胺在四种不同处理土壤中残留量随着时间的推移逐渐减少,符合一级动力学方程,在土壤中观察到的降解速率常数（k）为0.008 mg kg–1d–10.066 mg kg–1d–1,半衰期为10.692.4d。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 温室蔬菜大棚农药使用现状及危害
•     1.1.1 温室蔬菜大棚农药施用现状
•     1.1.2 温室农药过量使用的危害
•   1.2 农药对土壤的生态毒理学研究
•     1.2.1 对土壤酶活性的研究
•     1.2.2 对土壤微生物种群数量的影响
•   1.3 噻虫胺的理化性质及其用途
•   1.4 噻虫胺的残留检测研究
•     1.4.1 高液相色谱法（HPLC）
•     1.4.2 液相色谱-质谱法（UPLC-MS/MS）
•   1.5 噻虫胺的环境行为
•   1.6 噻虫胺的降解研究
•   1.7 选题背景及研究的意义
•   1.8 技术路线
• 2 噻虫胺对土壤的生态毒理学效应
•   2.1 引言
•   2.2 材料与方法
•     2.2.1 供试土壤
•     2.2.2 实验试剂
•     2.2.3 试验仪器
•     2.2.4 培养基
•     2.2.5 室内模拟试验的土壤处理
•     2.2.6 土壤pH值的测定
•     2.2.7 土壤酶活性的测定
•     2.2.8 土壤可培养微生物数量的测定
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 噻虫胺对土壤pH值的影响
•     2.3.2 噻虫胺对土壤酶活性的影响
•     2.3.3 噻虫胺对土壤可培养微生物数量的影响
•   2.4 本章小结
• 3 噻虫胺降解菌的分离、筛选和鉴定及高效复合菌系的构建
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 菌株分离源
•     3.2.2 实验试剂
•     3.2.3 实验仪器
•     3.2.4 培养基
•     3.2.5 菌株的驯化与分离
•     3.2.6 噻虫胺高效降解菌的筛选
•     3.2.7 噻虫胺高效降解菌的鉴定
•     3.2.8 高效复合菌系的构建与筛选
•     3.2.9 噻虫胺降解率的测定
•     3.2.10 反应动力学分析
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 菌株的分离纯化与筛选
•     3.3.2 噻虫胺高效降解菌的鉴定
•     3.3.3 复合降解菌系的构建与筛选
•     3.3.4 噻虫胺检测方法的确定
•     3.3.5 反应动力学分析
•   3.4 本章小结
• 4 复合菌系对噻虫胺降解条件的优化及降解途径推断
•   4.1 引言
•   4.2 材料与方法
•     4.2.1 实验试剂
•     4.2.2 实验仪器
•     4.2.3 pH值对复合菌系SCAH降解噻虫胺的影响
•     4.2.4 温度对复合菌系SCAH降解噻虫胺的影响
•     4.2.5 接种量对复合菌系SCAH降解噻虫胺的影响
•     4.2.6 复合菌系SCAH在最适条件下的生长曲线及降解情况
•     4.2.7 噻虫胺降解产物的提取与测定
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 pH值对复合菌系SCAH降解噻虫胺的影响
•     4.3.2 温度对复合菌系SCAH降解噻虫胺的影响
•     4.3.3 接种量对复合菌系SCAH降解噻虫胺的影响
•     4.3.4 复合菌系SCAH在最适条件下的生长曲线及降解情况
•     4.3.5 复合菌系SCAH在无机盐液体培养基中的降解产物分析
•     4.3.6 复合菌系SCAH在无机盐液体培养基中的降解途径推测
•   4.4 本章小结
• 5 复合菌系应用于模拟中型生态系统土壤中的生物修复效果
•   5.1 引言
•   5.2 材料与方法
•     5.2.1 供试土壤
•     5.2.2 实验试剂
•     5.2.3 实验仪器
•     5.2.4 室内试验的土壤处理
•     5.2.5 噻虫胺的提取与检测
•     5.2.6 不同处理下噻虫胺在土壤中的降解动态
•   5.3 结果与讨论
•     5.3.1 噻虫胺标准曲线的制作
•     5.3.2 方法的准确度和精确性
•     5.3.3 复合菌系SCAH对噻虫胺污染土壤的生物修复效果
•     5.3.4 噻虫胺在不同处理土壤中的残留动态模拟及半衰期
•   5.4 本章小结
• 6 创新点、不足和展望
•   6.1 创新点
•   6.2 不足和展望
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王霞

导师: 薛林贵

关键词: 噻虫胺,复合菌系,生物修复,土壤

来源: 兰州交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 兰州交通大学

分类号: X172;X53

DOI: 10.27205/d.cnki.gltec.2019.000090

总页数: 68

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