靖磺腺类除草剂(sulfonylurea herbicides)是近三十年来开发并应用的一类高效、广谱、高选择性除草剂,2008年全球磺酰脲类除草剂销售额为22.44亿美元,占全球农药销售市场的4.9%,居除草剂行业首位。在自然条件下,磺酰脲类除草剂降解缓慢,在土壤中的残留对后茬敏感作物产生药害,造成严重的经济损失。在世界范围内,磺酰腺类除草剂的发明和使用仅有三十年的历史,其在环境中的残留、危害和降解的研究历史只有十多年,研究较少。因此,研究磺酰脲类除草剂在环境中的残留、生态学效应和降解行为具有重要的理论和现实意义。本研究以实验室保存的一株高效、广谱磺酰脲类除草剂降解菌株S 113为研究材料。通过细菌表型、生理生化特征、细胞化学组分及基因型分析等多相分类方法,发现菌株S 113是革兰氏阴性好氧细菌;它和亲缘关系最接近种Hansschlegelia plantiphila VKM B-2347.T的16S rRNA基因同源性为96.8%,基因组DNA同源性为44.9%;菌株S 113最主要的直链不饱和脂肪酸成分为C18:1ω7c,含量达76.95%;直链饱和脂肪酸成分为C16:0,含量为14.34%;主要的极性脂为双磷脂酰甘油、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰单甲基乙醇胺和磷脂酰胆碱;主要呼吸醌是Q-l0;G+C mol%含量为65.7%。综合细菌表型、生理生化特征、细胞化学组分及基因型分析,将菌株 S 113 鉴定为 Hansschlegelia 属中的新种,命名为 Hansschlegelia zhihuaiae sp.nov.S 113(=DSM 18984T=CCTCC AB 206143T=KCTC 12880T)。菌株S 113碳源利用范围窄、对各种抗生素抗性差或无抗性、生长缓慢、易受其他微生物抑制,因此采用固体平板培养法和分子标记法研究菌株S 113在环境中的定殖动态具有很大的难度。本研究根据从菌株S 113中克隆到的酯酶新基因(sulE),设计特异性引物,采用real-time PCR的方法,定量扩增菌株S 113基因组DNA上的一段309 bp的特异性基因片段sulE5,从而跟踪菌株S 113在土壤和玉米植株内部的动态变化。研究发现,菌株S 113在土壤中能够定殖约2周的时间,接种108cfu.g-1干土的S 113菌剂到土壤中7 d后,含量约为1585 cfu·g-1干土,14 d后土壤中不能检测到菌株S113的存在。菌株S113在玉米植株根部也能定殖约2周时间,接种108cfu·g-1干土的S 113菌剂到土壤中,7 d后菌株S 113在玉米植株根部的数量达到最高,约为501 cfu·g-1植株,之后数量逐渐减少;茎、叶中始终无法检测到菌株S113存在。本论文研究了菌株S 113对土壤中不同浓度甲磺隆的降解,发现其对低浓度甲磺隆的降解明显快于高浓度,说明甲磺隆的投加量越少,其在土壤中越易被降解,残留期越短。研究了菌株S 113对不同土壤中甲磺隆的降解,发现在pH偏酸且空隙大的土壤中甲磺隆降解速度最快。还研究了菌株S 113对土壤中不同类型磺酰脲类除草剂的降解,发现除草剂pKa越小,在供试土壤中越难降解。采用454焦磷酸高通量测序技术,研究了菌株S 113对磺酰脲类除草剂污染土壤修复过程中的分子生态学效应。本次454高通量测序共有71个样品,共测得305365个有效reads(指所测得序列条数)。在cutoff=0.03的水平,共测得136809个Operational Taxonomic Units(OTUs)。在门(phylum)的水平,测得了 25 个门(phyla)或类群(group);在属(genus)的水平,测得了 604 个属(genus)。通过对土壤中的菌群多样性进行分析,发现低浓度的甲磺隆施加(0.1 mg.kg-1干土)可以刺激土壤微生物多样性增加,中浓度施加(2 mg.kg-1干土)会造成土壤微生物多样性减少,高浓度施加(10 mg—kg-1干土)会对土壤微生物多样性产生显著抑制;施加S 113菌剂28 d后,各个浓度甲磺隆污染土壤的微生物群落结构都得到明显恢复。对土壤微生物群落结构进行PCA聚类分析、系统进化树分析和共有微生物类群分析,发现通过S 113菌剂对土壤的修复,高浓度甲磺隆污染土壤微生物群落结构恢复到中浓度污染的水平,中浓度甲磺隆污染土壤微生物群落结构恢复到低浓度污染的水平。通过对土壤中优势菌群的分析,发现甲磺隆的施加对某些革兰氏阴性细菌、光合细菌、硝化细菌和土壤益生菌的产生巨大的损害,刺激了土壤中革兰氏阳性细菌的增加。甲磺隆的施加导致碱性土壤中假单胞菌比例增加了约10倍,中性土壤中增长了 3-5倍;S 113菌剂的施加会使这种增长得到明显缓。假单胞菌的剧烈变化,可以作为土壤中,尤其是碱性土壤中甲磺隆污染的指示菌种。本研究分析了甲磺隆施加对果园、菜园和草地三种供试土壤中微生物群落结构的影响,及S 113菌剂施加对土壤微生物群落结构的修复。发现甲磺隆的施加,对三种土壤的微生物群落结构都会产生影响,S 113菌剂都会起到修复作用。研究还发现,甲磺隆施加会对三种土壤中的微生物产生选择压力,使它们的共有微生物种类增加,微生物群落趋向同一;加入S 113菌剂后,甲磺隆发生降解,其产生的选择压力也得到缓解,土壤微生物多样性有所增加,三种土壤的共有微生物种类减少。通过分析甲磺隆、胺苯磺隆和苄嘧磺隆施加对土壤中微生物群落结构的影响,及S 113菌剂施加对土壤微生物群落结构的修复。发现甲磺隆对土壤微生物多样性的影响最大,即毒性最大,苄嘧磺隆毒性最小。S 113菌剂能较好地修复胺苯磺隆和苄嘧磺隆的污染,在28 d中对供试土壤的甲磺隆污染也能起到一定的修复作用。分析土壤中的优势菌群,发现甲磺隆的加入对土壤生态系统造成较大的破坏,胺苯磺隆和苄嘧磺隆的影响小于甲磺隆。三种除草剂对厚壁菌门细菌的影响显示,苄嘧磺隆对土壤微生物的毒性小于甲磺隆和胺苯磺隆。三种农药的施加都会对土壤细菌的光合作用和硝化作用产生抑制作用。