联苯菊酯降解菌的筛选、鉴定及降解特性研究

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拟除虫菊酯类农药是一类广谱高效的仿生型农药,是继有机磷、有机氯和氨基甲酸酯的一类新型杀虫剂,约占现今世界市场的20%,被广泛应用于农产品生产和生活卫生害虫的防治中。拟除虫菊酯类农药大范围使用导致了其在环境中大量残留,环境中残留的拟除虫菊酯伴随地表径流污染水生系统,导致水产品质量下降并通过食物链和食物网的放大最终危害人体健康。微生物降解是当前解决农药残留问题的主要途径。本研究选取杀虫活性高、但残留期长的联苯菊酯作为目标农药,从环境中筛选鉴定可降解联苯菊酯的微生物菌株,并对其降解特性及降解基因进行研究。主要研究结果如下:1、以联苯菊酯为唯一的碳源,通过富集驯化,从采集农药厂与污水处理厂排水口的淤泥中筛选到3株对联苯菊酯具有较好降解效果的细菌,分别编号为E1、F1和F2。经二代测序鉴定,E1是一株申氏不动杆菌,命名为Acinetobacter schindleri-E1;F1是黏质沙雷氏菌,命名为Serratia marcescens-F1;F2是一株约式不动杆菌,命名为Acinetobacter johnsonii-F2。2、拼装二代测序得到的数据并进行功能注释,结果显示:3株菌株的代谢基因分布相似;通过KEGG数据库注释发现,信号和细胞转运相关的蛋白占比最高。三株菌株的COG大类注释基因家族分布相似,一般功能基因数量最多均在600之上;GO数据库注释的百分比分布也较为相似,与代谢相关的基因占比最高。其中F1菌株注释到的蛋白数目是其他两株菌的177%。基因组大量的功能注释为后续寻找降解基因提供了有力的支持。3、研究了培养温度、培养液p H和细菌接种量对菌株E1、F1和F2降解联苯菊酯能力的影响。结果表明,在20-40℃范围内,三株菌株对联苯菊酯的降解能力在30℃时最强;当培养液的p H值为7时,三株菌的降解效率最高。结果与菌株适宜生长的外界条件相一致。三个菌株对联苯菊酯的降解能力随着接菌量的升高而呈现先升高后降低的趋势,最后确定菌株E1、F1和F2的最佳接种量范围分别为0.5-0.9 g/L、0.1-0.5g/L和0.3-0.7 g/L。4、利用响应曲面法,研究了培养温度,培养液p H和菌接种量3个因素及因素间的交互作用对三株菌降解联苯菊酯的影响并预测了三株菌的最佳降解条件。结果表明:3个因素对菌株降解联苯菊酯存在显著的交互影响。温度、p H和菌接种量对3株菌降解联苯菊酯能力的影响由大到小依次为:p H>温度>菌接种量。菌株E1和菌株F2预测得到的降解条件十分相似:最佳培养温度均为30℃,培养液的p H分别为7.3和7.1;菌接种量分别为0.67 g/L和0.53 g/L。在最佳降解条件下E1和F2的降解率为65.26%和85.84%。菌株F1在p H为7.6,温度为29℃,接种量为0.34 g/L时,对联苯菊酯的降解效率最高为90.30%。5、对菌株F2的基因组数据与数据库中拟除虫菊酯降解基因进行对比,得到了相似度最高的10个基因。通过荧光定量PCR,测定在以联苯菊酯为唯一碳源时基因的表达量,发现F2_MGA-2674基因上调最高。对MGA-2674基因进行异源表达,7天后对培养液中联苯菊酯(1 mg/L)降解率为34%,与未接入基因片段的对照有显著差异。初步确定此基因与降解有关。
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