拟除虫菊酯降解菌的分离、鉴定、降解特性及应用研究

论文摘要

拟除虫菊酯是目前使用量仅次于有机磷的一类杀虫剂,为杀虫剂中的第二大类,约占世界杀虫剂市场的20%,在我国的施用面积已占杀虫剂总施用面积的1/3以上。曾一度被人们认为低毒、使用安全的拟除虫菊酯类农药,近年来相关研究表明,此类农药有蓄积毒性,人长期接触会引起慢性疾病,有致癌、致畸、致突变的危险;另外对鱼类,蚌类等水生生物有很高的毒性。利用天然微生物降解农药残留具有巨大的优势,它具有成本、效率、无二次污染、生态恢复性好等优点。本研究选择具有对光、热稳定,在环境中的半衰期较长,很难在自然条件下快速降解的拟除虫菊酯作为研究对象,筛选到了一株高效的降解联苯菊酯菌种,并完成了对其的鉴定,降解特性以及初步应用研究。主要内容如下:(1)本试验以长期受污染的农药厂下水道排污口的污泥为菌种来源,在以联苯菊酯为唯一碳源的的无机盐培养基上,经过富集驯化,分离纯化,并通过多次筛选得到1株对联苯菊酯降解能力较强的菌株。通过形态学观察、生理生化鉴定和分子生物学鉴定,确定筛选到的菌株为枯草芽孢杆菌(Bacillus Subtilis),并将其编号为LBK1。该菌在联苯菊酯含量为200mg/L的基础盐培养基中,以5%的接种量接入LBK1菌液,180rpm,30℃,培养72h,其对联苯菊酯的降解率达到82.07%。(2)测定了目标菌株在含有联苯菊酯的基础盐培养基中的生长与降解关系曲线,并对其降解特性进行研究。首先进行了单因素试验,即在不同的温度,pH,接种量,装液量和农药浓度等因素下,菌株LBK1对联苯菊酯的降解情况。结果表明,在pH7.0,培养温度30℃,5%接种量,装液量为50mL,的条件下联苯菊酯的降解率最高;并且联苯菊酯浓度为100mg/L时对降解菌的毒害作用最小。其次进行了降解条件的正交优化分析,设置了4因素3水平试验,结果表明,LBK1最佳降解条件组合为温度30℃,pH为7.0,接种量为10%,装液量为50ml。在此条件下进行验证后,LBK1对联苯菊酯的降解率可达95.92%。最后研究了降解菌LBK1对其他5种拟除虫菊酯类农药的降解情况,降解率大小依次为氯氰菊酯>氯菊酯>甲氰菊酯>溴氰菊酯>功夫菊酯。(3)模拟大田土壤,研究了菌株LBK1对土壤中以及苹果树苗盆栽叶片上残留的联苯菊酯的降解情况。土壤降解试验中,当以5%的接种量接入降解菌,在室温条件下培养6天后,土壤中的农药含量由最初的20mg/Kg分别下降为6.97mg/K(g灭菌土样)和4.37mg/Kg(新鲜土样);土样中添加LBK1菌液有助于联苯菊酯的降解,且新鲜土样的降解率高于灭菌土样。这显示了土壤中土著微生物的作用以及微生物之间的协同作用。苹果叶片试验中,%的接种量接入降解菌,在室温条件下培养6天后,LBK1降解菌对叶片中残留的联苯菊酯降解率达到了80.02%,显示了良好的降解能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 拟除虫菊酯概述
• 1.1.1 拟除虫菊酯农药简介
• 1.1.2 联苯菊酯简介
• 1.1.3 拟除虫菊酯的生产使用概况
• 1.2 拟除虫菊酯残留状况与检测技术
• 1.2.1 拟除虫菊酯残留状况
• 1.2.2 农药残留的危害
• 1.2.2.1 农药残留对土壤理化性质的影响
• 1.2.2.2 农药残留对土壤生物的影响
• 1.2.2.3 农药残留对土壤酶的影响
• 1.2.2.4 农药残留对作物的影响
• 1.2.2.5 农药残留对人体健康的影响
• 1.2.3 拟除虫菊酯农药残留分析方法
• 1.2.3.1 样品前处理方法
• 1.2.3.2 拟除虫菊酯类农药的检测方法
• 1.3 降解农药的微生物
• 1.3.1 降解农药微生物的获得途径
• 1.3.2 降解农药的微生物
• 1.3.3 降解农药微生物的降解机理
• 1.4 限制微生物降解的因素
• 1.4.1 微生物群体自身的因素
• 1.4.2 共存农药影响
• 1.4.3 环境因素
• 1.5 拟除虫菊酯农药的微生物降解的研究进展
• 1.5.1 拟除虫菊酯菊酯农药降解菌研究
• 1.5.2 拟除虫菊酯类农药降解酶的研究
• 1.5.3 拟除虫菊酯菊酯农药降解菌其他方面的研究
• 1.6 目前研究中存在的问题以及展望
• 1.7 本研究的内容和意义
• 1.7.1 研究的目的与意义
• 1.7.2 研究的主要内容
• 第二章 拟除虫菊酯降解菌的分离、筛选与鉴定
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌种来源
• 2.1.2 试剂与培养基
• 2.1.2.1 筛选分离培养基
• 2.1.2.2 理化检测培养基
• 2.1.3 仪器与设备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 降解菌的驯化与分离
• 2.2.1.1 菌株的驯化培养
• 2.2.1.2 菌株的分离纯化
• 2.2.2 菌株的筛选
• 2.2.2.1 培养液中联苯菊酯的添加回收率测定
• 2.2.2.2 联苯菊酯的标准曲线制作
• 2.2.2.3 菌株的初筛
• 2.2.2.4 菌株的复筛
• 2.2.3 菌株的鉴定
• 2.2.3.1 菌株的形态学观察
• 2.2.3.2 菌株的扫描电镜实验
• 2.2.3.3 生理生化测定
• 2.2.3.4 菌株165 RDNA 鉴定
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 GC-ECD 标准曲线
• 2.3.2 培养基中联苯菊酯添加回收率的测定
• 2.3.3 菌株的富集与分离
• 2.3.4 菌株的初步鉴定
• 2.3.5 菌株的分子生物学鉴定
• 2.4 小结
• 第三章 联苯菊酯降解菌的降解特性的研究
• 3.1 材料与试剂
• 3.1.1 供试菌株
• 3.1.2 试剂与培养基
• 3.1.3 仪器设备
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 农药和微生物生长分析方法
• 3.2.1.1 联苯菊酯含量测定方法
• 3.2.1.2 微生物生长分析方法
• 3.2.2 菌株培养方法及菌悬液的制备
• 3.2.3 联苯菊酯降解曲线和降解菌LBK1 的生长曲线
• 3.2.4 单因素对菌株生长和联苯菊酯降解的影响
• 3.2.4.1 温度对菌株LBK1 降解菌降解率的影响
• 3.2.4.2 初始PH 对菌株LBK1 降解菌降解率的影响
• 3.2.4.3 降解菌LBK1 接种量对降解菌降解率的影响
• 3.2.4.4 装液量对LBK1 降解菌降解率的影响
• 3.2.4.5 联苯菊酯初始浓度对LBK1 降解菌降解率的影响
• 3.2.5 降解效能的正交试验分析
• 3.2.6 降解菌 LBK1 对其他农药降解能力测定
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 LBK1 生长与降解关系曲线的测定
• 3.3.2 温度对菌株LBK1 降解能力的影响
• 3.3.3 初始 PH 对菌株LBK1 降解能力的影响
• 3.3.4 接种量对菌株LBK1 降解能力的影响
• 3.3.5 装液量对菌株LBK1 降解能力的影响
• 3.3.6 农药初始浓度对菌株LBK1 降解能力的影响
• 3.3.7 正交试验结果分析
• 3.3.8 LBK1 对其他菊酯类农药的降解效果
• 3.4 小结
• 第四章 联苯菊酯降解菌在土壤中和苹果叶中的应用研究
• 4.1 材料与试剂
• 4.1.1 供试土壤
• 4.1.2 苹果树苗盆栽
• 4.1.3 供试菌株
• 4.1.4 仪器设备
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 土壤与苹果叶片上联苯菊酯背景值测
• 4.2.2 土壤中与苹果叶片上联苯菊酯的添加回收率测定
• 4.2.3 土壤降解模拟试验
• 4.2.4 LBK1 降解菌对苹果叶面上联苯菊酯的降解试验
• 4.2.5 土壤中联苯菊酯的提取和测定
• 4.2.6 苹果叶片上联苯菊酯的提取和测定
• 4.2.7 气相色谱测试条件
• 4.2.8 菌悬液的制备
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 土壤与苹果叶中联苯菊酯的背景值
• 4.3.2 土壤中与苹果叶中联苯菊酯添加回收率的测定
• 4.3.3 土壤降解的模拟实验
• 4.3.4 LBK1 降解菌对苹果叶面上联苯菊酯的降解试验
• 4.4 结论
• 第五章 总结与建议
• 5.1 总结
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介