阿特拉津降解菌DNS32的降解机理及其环境响应特征

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目前生物修复法因其高效、操作简单等特点,已成为阿特拉津污染土壤修复的主要方法。在黑龙江省,阿特拉津使用量大,对寒地黑土区的耕地造成严重污染,对我国的粮食安全问题构成威胁,因此有必要针对东北寒地黑土区的阿特拉津污染环境的微生物修复技术进行研究,筛选出在实际修复应用中具有优势的降解菌种。本实验在长期施用阿特拉津的寒地黑土中筛选出一株可以利用阿特拉津做为氮源生长的降解菌株DNS32,研究了其基本降解特性及降解途径,并对其阿特拉津氧化胁迫的响应特征及氮源响应特征进行研究,主要内容如下:研究阿特拉津降解菌株DNS32的菌种分类、降解特性及降解途径,丰富阿特拉津降解菌菌种资源。测定了菌株DNS32的基本降解特性,通过16S rRNA序列分析进行分类鉴定,并通过阿特拉津降解基因PCR扩增技术及降解产物生成量的测定,进一步揭示其降解途径。实验结果发现DNS32菌株具有较好的降解能力,在阿特拉津浓度为100mg/L的培养液中,48h的降解率可达97.63%,且在相对较低温度下也具有一定的降解能力,在5℃时,对阿特拉津的降解率仍为18.12%。16S rRNA序列分析结果表明DNS32与鲁氏不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)16S rRNA序列同源性高达99%。成功地扩增了降解基因trzN、atzB及atzC,实验结果表明DNS32遵循Arthrobacter aurescens TC1的降解模式,可将阿特拉津降解为氰尿酸,降解产物的生成量测定也证明了这一点。实验结果丰富了阿特拉津降解菌菌种资源,为不动杆菌属的阿特拉津降解菌研究提供了参考。研究阿特拉津降解菌抗氧化酶系对阿特拉津污染的氧化应激响应特征对于菌株的实际修复应用具有重要意义。Acinetobacter lwoffii DNS32和Staphylococcus aureus R2经阿特拉津处理后,于0、6、12和24h取样测定SOD、CAT、GST活性和T-AOC。结果表明:暴露6h,两菌株T-AOC受到诱导,SOD、CAT和GST活性最大诱导率分别为111.26%和55.47%,72.79%和61.61%,33.35%和52.76%。暴露24h,DNS32菌株的SOD及CAT活性受到诱导,GST及T-AOC受到抑制,而R2菌株的SOD、CAT、GST活性和T-AOC均受到抑制。与非阿特拉津降解菌株R2相比,DNS32菌株对阿特拉津氧化胁迫的耐受性相对较高,去除有毒有害物质的能力更强。DNS32菌株在应用于实际的污染环境修复时,在耐受环境中残留的阿特拉津的氧化胁迫作用方面具有优势,能够获得较好的修复效果。在土壤中无机氮素是土壤的重要组成部分,而有的研究结果表明,简单的无机氮源可以抑制某些阿特拉津降解菌降解阿特拉津的能力,因此本实验研究了DNS32菌株对于外加无机氮源的响应特征。测定了外加无机氮源硝态氮(KN03)与铵态氮((NH4)2SO4)对DNS32菌株在阿特拉津培养基中的生长情况及降解能力的影响,利用荧光定量PCR技术检测了外加无机氮源对DNS32降解基因表达量的影响。结果表明,外加无机氮源可以促进DNS32菌株的生长,并可以促进其在阿特拉津培养基中的降解作用,使DNS32菌株完全降解100mg/L的阿特拉津时间缩短为36h。无机氮源对DNS32菌株的三种降解基因表达均有促进作用,与对照组相比,加入无机氮源的实验组中DNS32菌株trzN基因的表达量最高可达对照组的11.25倍。在DNS32菌株体内,这三种降解基因所编码的酶可能是稳定表达的组成酶。外加无机氮源的加入增强了菌体的抗阿特拉津氧化胁迫能力,因此提升了降解基因的表达量。终降解产物氰尿酸的含量测定结果说明无机氮源对DNS32菌株整个降解过程均具有促进作用。实验结果说明DNS32对氮源的响应表现为促进降解作用,应用于寒地耕土修复时,不会受到土壤中氮素的抑制,因此在应用于污染土壤的实际修复中,DNS32菌株具有一定的优势。
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