阿特拉津降解菌的分离、鉴定及特性研究

论文摘要

阿特拉津（Atrazine简称AT）是一种含有苯环、结构稳定、残效期长的选择性除草剂。本研究从国内7省12个土样、1个水样中共分离出15株与AT降解有关的菌株（AT降解菌）。经生理生化分析和分子生物学鉴定,可分为3大类：第一类为节杆菌属（Arthrobacter sp.）,包括4株菌,其中YS、SYM1（Y）和CS5为产脲节杆菌属（Arthrobacter ureafaciens）,菌株SH为金黄色节杆菌属（A.aurescens）,对AT降解率在98%以上；第二类为肺炎克雷伯氏菌属（Klebsiella pneumoniae, （Schroeter） Trevinsan）,包括DY6、DY4、DY3（C）、AS、KM（B）和KM4等6个菌株,对AT降解率在56%-71%之间；第三类菌为土壤杆菌属（Agrobacterium Conn,1942,359.）,包括MJ2、SYM1（W）、SYM2、CS4和CS1等5个株菌,具有还原硝酸盐及亚硝酸盐能力、可产生3-酮基乳糖及生长不需要生长素和氨基酸等特点,对AT降解率在5%以下。环境pH值、温度、金属离子和碳源对AT降解菌中产脲节杆菌菌株YS和肺炎克雷伯氏菌菌株AS的生物降解能力均有影响。在pH7.0和28℃条件下,降解100 mg·L-1AT所用时间菌株AS为168 h,菌株YS为84 h。菌株AS的最佳降解条件为pH7.0和37。C,葡萄糖可提高其降解效率；菌株YS的最佳降解条件为pH8.0和25℃,果糖、葡萄糖及乳糖可提高其降解效率,而金属离子对其降解效率有不同的影响。从AT降解菌菌株YS基因组DNA中扩增出TrzN和atzB、atzC基因,从菌株AS基因组DNA中仅扩增出TrzN基因。用可在大肠杆菌及芽孢杆菌中穿梭的质粒PHY300PLK,构建TrzN基因表达载体。将该载体导入E coli中能够表达出AT氯水解酶基因,使E coli具有AT降解能力。利用静息细胞研究环境条件对AT降解菌菌株YS生物降解能力的影响表明,Cu2+离子有明显的抑制作用,Mg2+离子有明显的促进作用；缓冲溶液有明显的抑制作用；在MgCl2溶液反应体系中最适降解温度为25℃；在BSM反应体系中,最适降解温度范围为25～37℃；有氧条件可以提高AT降解菌的生物降解能力。AT降解菌对AT污染土壤的土壤呼吸和土壤酶活性有明显影响,土壤中低含量的AT对土壤呼吸和土壤蛋白酶活性有明显的促进作用,而对土壤脲酶活性有明显的抑制作用；土壤中加入AT降解菌液对土壤CO2释放量有明显的促进作用,明显提高土壤蛋白酶活性和土壤脲酶活性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 阿特拉津的特性
• 1.2 阿特拉津对生态系统地影响
• 1.2.1 阿特拉津对水生生态系统的影响
• 1.2.2 阿特拉津对农田生态系统的影响
• 1.2.3 阿特拉津对人类健康的影响
• 1.3 阿特拉津的降解
• 1.3.1 降解阿特拉津的微生物
• 1.3.2 微生物降解阿特拉津的途径及其相关基因
• 1.3.3 阿特拉津生物降解存在的问题
• 1.3.4 阿特拉津生物降解的研究趋势
• 1.4 农药与土壤碳循环
• 1.5 农药与土壤酶
• 1.5.1 土壤酶的概念与种类
• 1.5.2 土壤酶的来源
• 1.5.3 影响土壤酶活性的因素
• 1.5.4 土壤微生物与土壤酶活性
• 1.5.5 农药与土壤酶活性
• 1.6 研究内容
• 1.7 实验设计方案
• 2 阿特拉津原位降解菌株的分离
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 AT降解菌菌株的分离及降解性能的评价
• 2.2.2 土壤理化性质与菌株分离的关系
• 2.3 本章小结
• 3 阿特拉津原位降解菌株的鉴定
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 方法
• 3.2 结果
• 3.2.1 节杆菌属（Arthrobacter Cohn and Dimmich 1947）
• 3.2.2 克雷伯氏菌属（Klebsiella Trovisan 1885,105）
• 3.2.3 土壤杆菌菌属（Agrobacterium Conn,1942,359.）
• 3.3 讨论
• 3.4 本章小结
• 4 降解菌株生物降解阿特拉津规律研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 菌株AS和YS降解特性的研究
• 4.3 讨论
• 4.4 本章小结
• 5 阿特拉津降解相关基因研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 菌株YS及AS所含质粒的大小及功能
• 5.2.2 AT降解酶相关基因的克隆与解析
• 5.2.3 YS及AS的trzN基因进化分析
• 5.2.4 氯水解酶（trzN）基因原核表达分析
• 5.3 讨论
• 5.4 本章小结
• 6 菌株YS静息细胞修复阿特拉津污染水体初探
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 温度和pH值对AT降解的影响
• 6.2.2 金属离子对AT降解的影响
• 6.2.3 营养条件和初始细菌浓度对AT降解的影响
• 6.2.4 氧气对AT降解的影响
• 6.2.5 氰尿酸（CA）对AT降解的影响
• 6.3 本章小结
• 7 降解菌对AT污染土壤呼吸和酶活性的影响
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 材料
• 7.1.2 方法
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 降解菌对AT污染土壤呼吸的影响
• 7.2.2 降解菌对AT污染土壤酶活性的影响
• 7.3 本章小结
• 结论
• 创新点
• 参考文献
• 附录A 降解菌株的16S rDNA序列
• 附录B 降解菌株生理生化鉴定图片
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢