阿特拉津降解群落DNC5特性及土壤修复效果研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:zhihuan110
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阿特拉津是目前我国东北地区使用最为广泛的除草剂,同时作为一种典型的有机污染物由其引发的生态和环境问题也日益严重。本文首先以实验室前期分离得到的阿特拉津降解菌群DNC5为研究对象,研究了菌群DNC5降解阿特拉津的能力、群落组成以及群落基本功能;同时从菌群DNC5中分离得到功能菌株DNS10,研究了DNS10降解阿特拉津能力、生长特性以及降解途径,并对菌株DNS10中含有的降解基因进行了基因克隆以及基因定位;最后对阿特拉津降解菌群DNC5对污染土壤的修复作用进行了初步研究。主要结果如下:当接菌量为1%(v/v,菌悬液浓度为OD600=1),菌群DNC5能够在40h将100mg·L-1的阿特拉津完全降解。通过平板直接分离法和液体培养基富集培养法,发现菌群DNC5由四株形态各异的可培养菌株组成,同时根据16Sr RNA基因序列相似性分析结果,将四株菌株分别命名为:Bacillus subtilis DNS4、Arthrobacter sp. DNS9、Arthrobacter sp. DNS10和Variovorax sp.DNS12。底物利用实验结果表明:菌群DNC5中只有菌株DNS10能够以阿特拉津作为唯一氮源生长,菌株DNS4和菌株DNS12则是能够利用氰尿酸作为唯一氮源生长的菌株,菌株DNS9能够利用乙胺和异丙胺作为唯一氮源生长。外加典型氮源实验表明,典型氮源的加入能够促进菌株的生长,但并不会改变菌株原有底物利用特性,即上述四株菌株中依旧只有菌株DNS10能够降解阿特拉津。在所选用的简单氮源存在条件下,除菌株DNS10外的其他三株纯培养菌株并能通过再共代谢的方式来分解阿特拉津。此外,当异丙胺的浓度为100mg·L-1时,菌株DNS10降解阿特拉津能力受到抑制。构建人工降解群落研究上述四种群落组成菌之间的协同作用,结果表明,各类包含菌株DNS10的人工群落降解阿特拉津的速度均要好于菌株DNS10自身分解阿特拉津速率。上述结果一方面说明菌株DNS10的关键作用,同时也说明菌株之间存在一定协同作用。另外,菌群DNC5生长以及降解情况要优于人工群落,说明菌株之间存在着一种比较复杂的协同关系。利用PCR技术,以降解菌DNS10为模板对分别对以报道的阿特拉津降解基因进行扩增,成功扩增出trzN、atzB和atzC基因保守片段,同时采用液相色谱法测定降解菌DNS10降解阿特拉津终产物发现,当菌株DNS10将100mg·L-1的阿特拉津完全降解后,环境中所积累的氰尿酸浓度为66.13±2.11mg·L-1。上述两方面的研究结果可以说明:菌株DNS10能够将阿特拉津降解为无明显生物毒性的氰尿酸。通过已报道质粒提取和检测手段证明菌株DNS10内存在一个片段大于23kb的质粒。分别以菌株DNS10和质粒消除突变型菌株DNS10-PE为模版进行降解基因扩增,证明菌株DNS10的降解基因均位于质粒上。在此研究基础上,对菌群DNC5对土壤中阿特拉津降解情况进行了研究,经过25天的修复处理后,添加菌群DNC5的修复处理土壤样品中基本无阿特拉津被检出。而为添加降解菌的污染处理中,阿特拉津在土壤中残留浓度仍高达9.98±1.31mg/kg,说明投加菌群DNC5可以加快黑土中阿特拉津的分解速度。同时结合修复过程中土壤样品的关键土壤酶活性指标来对菌群DNC5修复阿特拉津污染土壤过程的生态安全性进行初步的评价。结果表明:降解菌群DNC5对阿特拉津污染土壤的土壤酶活性具有一定的影响,土壤中的阿特拉津对土壤脲酶、磷酸酶具有先抑制后激活作用,对于蔗糖酶有明显的抑制作用;土壤中加入降解菌群DNC5对污染土壤的脲酶、蔗糖酶活性具有激活作用,而对磷酸酶活性无不良影响。
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