Azoarcus indigens HZ5降解高效氯氰菊酯的代谢途径及机理研究

随着拟除虫菊酯农药的广泛和长期使用，其残留问题及危害已越来越引起科研工作者和有关部门的高度重视。本课题选用菌株Azoarcus indigens HZ5和最具代表性的菊酯类农药高效氯氰菊酯为对象，以手性色谱、微生物分子生物和基因工程技术为手段研究其代谢途径及机理。研究内容包括Azoarcus indigens HZ5降解氯氰菊酯关键降解基因的获得；氯氰菊酯关键降解基因的克隆与表达和Azoarcus indigens HZ5降解氯氰菊酯途径的阐明，还监测了降解过程中的对映体选择性情况。研究成果将有利于丰富菊酯水解酶及其编码基因的数据库，为完整菊酯类农药的降解代谢途径及参与的酶和基因做出一定的贡献。

拟除虫菊酯是一类人工合成的仿天然菊酯结构的农药，其杀虫效果好，对人畜较有机氯和有机磷等高毒农药安全，被广泛应用于农作物病虫和家庭卫生害虫的防治。近年来的研究表明，其对蜜蜂、家蚕、鱼类等非靶标生物高毒，对人等哺乳动物具有神经、免疫、内分泌等慢性毒性作用。本课题的研究主要从高效氯氰菊酯的降解菌筛选入手，研究降解特性及在土壤中的应用，为受拟除虫菊酯污染的土壤，水体的微生物修复提供基础研究数据。. 我们从上虞农药厂的活性污泥中分离得到五株具有降解高效氯氰菊酯能力的菌株，分别命名为HZ1，HZ2，HZ3，HZ4和HZ5，其中HZ5具有最好的降解效果，对其进一步研究表明其属于固氮弧菌属。菌株HZ5能在较宽的pH范围内降解高效氯氰菊酯，受温度的影响较大，最适pH为6.5-7.5，最适温度为30 C，在最适条件下，经过144小时能降解50 mg/L的高效氯氰菊酯的70%。高浓度的高效氯氰菊酯能抑制菌株HZ5的降解能力，当高效氯氰菊酯的浓度达到250 mg/L时，降解率明显下降。外加碳源葡萄糖、酵母膏能有效促进菌株HZ5对高效氯氰菊酯的降解。基于高效氯氰菊酯是一个具有两个手性中心的手性化合物，我们还研究了菌株HZ5在降解高效氯氰菊酯的过程中是否具有对映体选择性，结果表明HZ5对四个对映体都能有效的降解，但是对映体选择性不显著。. 我们进一步研究了降解途径，通过气相质谱联用仪对菌株HZ5对高效氯氰菊酯的降解产物进行检测，其主要产物为3-苯氧基苯甲酸和3-苯氧基苯甲醛，以此我们推测其降解的第一步为酯键的水解断裂。我们希望得到该降解步骤的关键降解基因，但是非常遗憾，一直不能做到有效突破。我们还在实验室条件下，对受高效氯氰菊酯污染的土壤进行菌株HZ5的强化修复，20 d后高效氯氰菊酯降解了90%左右，对比未加菌株HZ5的土壤，其修复效果明显。我们的研究结果对受拟除虫菊酯污染的土壤，水体的微生物修复具有一定的理论和实际意义。