基本信息
- 项目名称：
- 苄嘧磺隆除草剂降解菌的分离、鉴定及其降解特性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本实验采用富集培养和唯一碳源法，从被苄嘧磺隆污染的土壤中，分离筛选出一株高效降解苄嘧磺隆的菌株。该菌株以苄嘧磺隆作为唯一碳源生长，经形态学、生理生化鉴定为链球菌属。研究明确了该菌株对苄嘧磺隆降解特性、适用条件和应用效果，为开辟苄嘧磺隆污染土壤的微生物修复技术奠定了科学基础。
- 详细介绍：
- 除草剂苄嘧磺隆的普遍使用，危害后茬作物的事件频繁发生，引起了学术界高度关注，寻求苄嘧磺隆残留污染的生物修复途径已成为新的研究热点。本研究采用富集培养和唯一碳源法，从苄嘧磺隆残留污染的土壤中，分离筛选出一株能以苄嘧磺隆作为唯一碳源生长繁殖来降解苄嘧磺隆的高效菌株，命名为CY-7-1。通过形态观察和生理生化试验，初步鉴定其为链球菌属(Streptococcus)。研究了该菌株对苄嘧磺隆的适宜降解浓度，以及培养基营养成分、起始pH、接菌量、金属离子等环境因子对其降解能力的影响。结果表明，CY-7-1对苄嘧磺隆的适宜降解浓度高达500μg/mL；在基本培养基中加入100mg/mL蛋白胨和1g/mL葡萄糖，培养基起始pH为8.0，接菌量5%的条件下，该菌株对苄嘧磺隆的降解率可达31.1 %。盆栽模拟试验表明，接种7d后可将土壤中苄嘧磺隆有效降解，降解率达28.2%。本研究发现了修复苄嘧磺隆残留污染的新菌种，为开辟其微生物修复途径奠定了科学基础。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本研究旨在开辟农田有机农药污染的微生物修复途径，以广泛使用的除草剂苄嘧磺隆为研究对象，采用富集培养和唯一碳源法，筛选能降解苄嘧磺隆的高效菌株；进而，鉴定高效菌株的种属及其降解能力；同时，研究不同环境因子对菌株降解能力的影响，明确菌株降解苄嘧磺隆的最适条件，为该菌株在苄嘧磺隆残留污染微生物修复中的实际应用奠定科学基础。
科学性、先进性及独特之处
- 本研究基于微生物降解有机农药的机理，采用微生物修复苄嘧磺隆残留污染土壤的新思路，利用科学简便易行的方法，筛选到一株链球菌属的苄嘧磺隆的高效降解菌株CY-7-1，为生物修复苄嘧磺隆残留污染提供了新的菌种资源。同时，研究明确了CY-7-1菌株的降解特性，对苄嘧磺隆的适宜降解浓度高达500μg/mL；并探明了CY-7-1菌株的适用条件和应用效果。该菌株用于降解苄嘧磺隆的研究，在国内外尚未见报道。
应用价值和现实意义
- 本研究针对除草剂苄嘧磺隆的普遍使用，农药残留已引起土壤、水体污染，危害后茬作物的事件频繁发生，危及粮食安全和食品安全等现实问题，筛选具有降解有机农药功能的特异微生物，开辟有机农药残留污染的微生物修复途径，选题意义重大。研究结果发现了一株降解苄嘧磺隆的高效菌株，为开发农药残留污染的微生物修复技术奠定了科学基础，应用前景十分广阔，具有较高的现实应用价值和现实意义。
学术论文摘要
- 除草剂苄嘧磺隆的普遍使用，危害后茬作物的事件频繁发生，引起了学术界高度关注，寻求苄嘧磺隆残留污染的微生物修复途径已成为新的研究热点。本研究采用富集培养和唯一碳源法，从苄嘧磺隆残留污染的土壤中，分离筛选出一株能以苄嘧磺隆作为唯一碳源生长繁殖来降解苄嘧磺隆的高效菌株，命名为CY-7-1。通过形态观察和生理生化试验，初步鉴定其为链球菌属(Streptococcus)。研究了该菌株对苄嘧磺隆的适宜降解浓度，以及培养基营养成分、起始pH、接菌量、金属离子等环境因子对其降解能力的影响。结果表明，CY-7-1对苄嘧磺隆的适宜降解浓度高达500μg/mL；在基本培养基中加入100mg/mL蛋白胨和1g/mL葡萄糖，培养基起始pH为8.0，接菌量5%的条件下，该菌株对苄嘧磺隆的降解率可达31.1 %。盆栽模拟试验表明，接种7d后可将土壤中苄嘧磺隆有效降解，降解率达28.2%。本研究发现了修复苄嘧磺隆残留污染的新菌种，为开辟其微生物修复途径奠定了科学基础。
获奖情况
- 2011年5月参加在东北大学秦皇岛分校举行的 “挑战杯”河北省大学生课外学术科技作品竞赛，获得二等奖。
鉴定结果
- 经中国科学院院士、著名微生物学家陈文新教授和新西兰皇家科学院院士、土壤与环境学家邸洪杰教授鉴定，该研究发现了降解新菌株，明确了降解特性、适用条件和应用效果，为微生物修复奠定了科学基础，达国际先进水平。
参考文献
- [1] Sabadie J. Alcoholysis and chemical hydrolysis of bensulfuron-methyl [J]. Weed Research, 1996, 36:441~448. [2] Langeland K A. Hydrilla tuber formation in response to single and sequential bensulfuron methyl exposures at differ-ent times [J]. Hydrobiologia, 1996, 340(1~3): 247~251. [3] Fujita Kiwamu. Effect of soil application of several herbicides on the initial growth of direct seeded rice sown at different depths under flooded paddy conditions [J]. Zasso Kenkyu, 1999,44(1):43~50. [4] Cavanna S, Garatti E, Rastelli E, et al. Adsorption and desorption of bensulfuron-methyl on Italian paddy field soils [J]. Chemosphere, 1998,37(8):1547~1555. [5] Salardi C, Mulas M, Allievi L, et al. Laboratory remediation test on a soil contaminated by the herbicide bensulfuron-methyl [J]. Meded Fac Landbouwkd Toegepaste Biol Wet (Univ Gent), 1996,61(2):651~654.
同类课题研究水平概述
- 我国虽然农药在防治农作物病虫害、农业增产增收中起到了积极作用，但农药残留问题严重。农药会通过各种方式进入水体和土壤，导致了环境的污染和生态的破坏，同时，由于不合理的农药喷洒造成了人畜中毒的事件。土壤的微生物修复技术目前为去除农药残留污染的一种重要方法。微生物修复技术是在人为优化的条件下，利用自然环境中原有的微生物或人为投加特效微生物的生命代谢活动，来分解土壤中的污染物，土壤中农药可以在微生物的作用下直接分解或通过共代谢作用分解为低毒或无毒产物，也可通过微生物分泌的酶间接对土壤中的农药进行降解。由于还存在许多的问题，国内外尚未真正获得高效实用的降解产品，如高效降解菌株的筛选，单一菌株的纯培养问题，制剂研发工作不足等，与实践应用还有距离。磺酰脲类除草剂是目前世界上应用比较广泛的一种，我国目前广泛应用的磺酰脲类除草剂品种主要有苄嘧磺隆、苯磺隆、甲磺隆、醚磺隆、氯嘧磺隆等，防治大多数阔叶杂草，对禾本科杂草也有一定的抑制效果。此类除草剂具有高效、广谱、低毒、高选择性等优良特点，其问世标志着除草剂进入超高效时代。但这种除草剂性质稳定，属不容易被降解的化合物，易于在生物体中富集，且本身对人类及其它生物是有毒的，因此对生态系统和人类健康造成潜在危害，使它在使用的同时产生了严重的负面影响。另外，磺酰脲类除草剂会对谷物和豆类以及果蔬、麻、地方性植物及森林树种等非靶标类植物产生药害，因此，该类除草剂在土壤中的残留及对后茬作物的安全性等问题也引起了人们的普遍注意，人们越来越关注磺酰脲类除草剂在环境中的行为。微生物降解是磺酰脲类除草剂降解的重要途径之一。为了更有效、安全、经济地使用该类除草剂，目前国内外对微生物降解磺酰脲类除草剂的研究有了初步的探索，但是距离实际应用还有一定差距。目前的研究存在的问题大致如下：菌种资源开发不够，报道的菌株种类较少，应加大高活性降解菌株的筛选范围；另外，人们对所筛选的菌株一般是展开降解特性以及降解机理研究，而对于菌株应以何种方式应用到实际中、微生物降解制剂产品的生产工艺、以及微生物降解技术在农业生产实践中的具体应用技术等方面的研究几乎尚为空白。针对本领域当前现状，本研究致力于解决如下问题：筛选到降解活性较高的微生物菌株；要求所得菌株具有易于实现工业大生产、菌株活性稳定、保存期长等特点；对所制得菌株进行应用效果试验，要求菌剂降解能力明确。
