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烟碱(nicotine)作为一种重要的生物源杀虫剂,单独或与其它生物源杀虫剂、化学杀虫剂加工成复配剂使用,主要用于甘蓝上蚜虫、菜青虫,烟草上烟青虫,棉花上蚜虫,林木上松毛虫、美国万蛾等害虫的防治。烟碱同时也是烟草生产和卷烟制造过程中产生的主要有毒生物碱。环境中烟碱的污染主要来源于作为农药的使用、烟草生产和加工活动中产生的大量高浓度废弃物。烟碱属于高毒的化合物,水溶性好,在环境中不易降解,易造成地下水和土壤污染。微生物修复具有成本低、无二次污染、生态相容性好等特点,已成功应用于多种环境污染物修复与应用。本论文从烟草生产固体废弃物中分离到一株烟碱高效降解菌株,对其分类地位进行鉴定,研究其降解烟碱的特性,探讨该菌株代谢烟碱途径,以期为环境中烟碱残留污染修复提供理论基础与技术支撑。主要研究结果如下:1、从山东中烟工业公司青州卷烟厂烟草废弃物中筛选分离到一株能以烟碱为唯一碳源和能源生长的菌株S-1,基于其形态学特征、生理生化鉴定和16 S rRNA基因序列比对分析,将菌株S-1鉴定为假单胞菌S-1(Pseudomonas sp.S-1)。假单胞菌S-1在牛肉膏蛋白胨培养基中适宜生长温度为37℃,最适生长pH为7.0。2、假单胞菌S-1降解烟碱主要受培养体系的温度、pH和烟碱初始浓度等因素影响。在初始接菌量为0.6 mL(OD600=0.6,5.3×108 cfu/mL),pH为7.0,温度分别为25、28、30、37和42℃的无机盐液体培养基中,培养10 h后,菌株S-1对400 mg·L-1烟碱的降解率分别为73.5%、97.5%、98.7%、12.6%和8.3%;在初始接菌量为0.6 mL(5.3×108cfu/mL),温度为 30℃,pH 分别为 5.0、6.0、7.0、8.0 和 9.0 时,培养 10h后,400 mg·L-1烟碱的降解率分别为97.1%、98.6%、100%、100%和5.3%;在初始接菌量为0.6 mL(5.3×108cfu/mL),温度为30℃,pH为7.0的无机盐液体培养基中,初始浓度分别为100、400和800 mg·L-1,在培养10 h后,菌株S-1对烟碱的降解率分别为100%、97.8%和60.2%。结果表明假单胞菌S-1对烟碱降解的适宜温度为30℃,适宜pH为7.0,最适降解浓度为400 mg·L-1。3、通过pre-HPLC、LC-MS/MS、LC-HRMS和NMR分析,菌株S-1降解烟碱的代谢产物有:1-甲基-2-(吡啶-3-基)-3,4-二氢-2H-吡咯、可替宁、N-甲基-4-(吡啶-3-基)丁酰胺、N-甲基-4-氧代-4-(吡啶-3-基)丁酰胺、3-琥珀酰吡啶、6-羟基-3-琥珀酰吡啶和2,5-二羟基吡啶。基于代谢产物推测菌株S-1代谢烟碱途径为:烟碱的吡咯烷环部分脱氢,通过质子化产生带正电荷的中间体1-甲基-2-(吡啶-3-基)-3,4-二氢-2H-吡咯;然后该代谢物在吡咯烷环的5号位被氧化形成可替宁;可替宁通过吡咯环的1和5号位之间的C-N断裂形成N-甲基-4-(吡啶-3-基)丁酰胺;N-甲基-4-(吡啶-3-基)丁酰胺氧化生成N-甲基-4-氧代-4-(吡啶-3-基)丁酰胺。N-甲基-4-氧代-4-(吡啶-3-基)丁酰胺水解并释放甲胺形成3-琥珀酰吡啶,3-琥珀酰吡啶在吡啶环的6号位羟基化产生6-羟基-3-琥珀酰吡啶。6-羟基-3-琥珀酰吡啶进一步降解产生2,5-二羟基吡啶,2,5-二羟基吡啶进一步代谢进入三羧酸循环并最终矿化。基于文献报道的烟碱降解菌代谢烟碱途径比较分析,推测菌株S-1代谢烟碱是一条新途径,表明微生物降解烟碱杂芳烃代谢的多样性,菌株S-1代谢烟碱的相关基因克隆和酶表达需要进一步证实。