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苄嘧磺隆是应用最为广泛的磺酰脲类除草剂品种之一,主要用于防除水稻田阔叶类杂草,具有生物活性高、用量少、选择性强、易与多种农药混用等优点,但易危害后茬敏感作物,且该药在环境中较难自净,易通过地表径流或其他途径污染地下水和地表水。降低或消除环境中苄嘧磺隆农药残留量,对保护环境、保证作物丰收、保障食品安全具有重要意义。本文自主分离筛选获得了苄嘧磺隆残留生物降解真菌,鉴定其种属,确定其分类地位;测定其生长曲线,研究其降解特性;采用液质联用仪测定等方法,综合研究分析推测其主要降解产物和降解途径;进行室内外模拟降解试验处理,为苄嘧磺隆残留治理提供理论指导和科学依据。主要结果如下:
从采自全国十多省市的48份土壤中分离筛选出能耐受500mg/L苄嘧磺隆菌株78个,其中菌株BP—H-01和BP—H-02对50 mg/L苄嘧磺隆2d的相对降解率达80%以上,根据形态学特征初步确定为该菌株为曲霉属真菌(Aspergillus sp.)和青霉属真菌(Penicillium sp.)。从菌株降解效率和安全性等方面考虑,选取BP—H-02做进一步的研究。根据对菌株BP—H-02形态学观察以及ITS区序列分子鉴定,鉴定该菌为Penicillium pinophilum Hedgcock。
降解菌株BP—H-02在液体查氏培养基中生长速度较快,1~7 d的菌丝干质量分别为0.0512,0.1821,0.3244,0.4425,0.6038,0.6881,0.7123 g/50mL,接菌后1d内为生长迟缓期;2—5d的生长量不断增加,3~5d的绝对生长量达到高峰,5d以后的绝对生长量有所下降,但总量趋于平稳。分别测定和拟合各因素对降解率的影响,得到菌株BP—H-02对50mg/L苄嘧磺隆具有最高降解效能的综合生长条件为温度30℃、初始pH7.5、初始接菌量0.2%。
高效降解菌BP—H-02降解苄嘧磺隆的浓缩样品经LCQDECA液质联用仪检测,得到苄嘧磺隆的总离子图和各离子峰的质谱图。从苄嘧磺隆的分子结构特点分析,推导发生降解的部位可能是脲桥、磺酰键,结合文献报道和检测结果,初步推断主要降解产物是1—(4,6—二甲氧基-2-基)脲、4,6—二甲氧基嘧啶-2-胺和2—(甲氧基羰基)苯亚磺酸,推测了其降解途径。
实验室条件下,含25、50、100 mg/L苄嘧磺隆新鲜土壤加菌株BP—H-02处理60h后,相对降解率分别为83.7%、84.7%和78.5%(未加菌对照分别为14.3%、18.3%和24.2%);土壤经高温灭菌处理后,加菌株BP—H-02处理60h后,相对降解率为分别为82.7%、84.5%和72.8%,对照为6.1%、8.3%和7.2%。在田间小区试验中处理后7d菌株BP—H-02对50mg/L苄嘧磺隆的相对降解率为87.2%。室内和田间试验表明菌株BP—H-02对土壤苄嘧磺隆具有显著的降解效果。
本文在系统研究基础上,探讨了苄嘧磺隆高效降解菌株的分离筛选、菌株BP—H-02对苄嘧磺隆的降解潜力和应用前景以及农药残留降解菌的一些研究方法,为今后苄嘧磺隆等农药残留污染土壤生物修复提供了参考。