长残效除草剂氯嘧磺隆污染土壤的生物修复

The sulfonylurea herbicide chlorimuron-ethyl (ethyl 2-[[[[(4-chloro-6-methoxypyrimidin-2-yl) amino] carbonyl] amino] sulfonyl] benzoate) has been used worldwide to control annual broadleaf weeds in soybean fields and is relatively persistent in soil. Its damage to the rotation crops and negative action of soil biodiversity caused by chlorimuron-ethyl residues have been highlighted with the increasing use. The research contents of this project are as follows: (a) Screening high efficient degrading microorganisms from chlorimuron-ethyl polluted environment; (b) Analyzing degrading pathway by LC-MS, constructing gene library or detecting the degrading enzyme to deduce the degrading gene from amino acid sequences, studying the action mode of enzyme and degradation mechanism: (c) Tagging the chlorimuron-ethyl-degrading microorganism with GFP(Green Fluorescent Protein) gene and monitoring their survival in soil and degrading activity; (d) Investigating the soil environment security of tagged chlorimuron-ethyl-degrading microorganism to the microbial community, microbial quantity, Oxidative damage, DNA damage,etc.. The bioremediation mechanism of chlorimuron-ethyl-contaminated soil is expected to be achieved through this study. Moreover, this study can also enhance the understanding of the complexity of degradation process of pollutants and offer scientific basis for the transfer of bioremediation technology.

氯嘧磺隆是一种被广泛应用的长残留（2-3年）高效豆田阔叶杂草防治除草剂。随着使用范围和用量的增加，由其残留引起的对后茬作物的伤害和对土壤生物多样性的负作用凸显。本课题将从氯嘧磺隆污染环境中筛选高效降解菌；采用液质联仪分析高效降解菌对氯嘧磺隆的代谢途径；构建基因文库确定降解基因或通过检测降解酶氨基酸序列反推降解基因，研究降解酶作用方式与降解机制；通过绿色荧光蛋白报告基因标记高效降解菌，实时监测其在污染土壤中的动态变化及降解活性；从微生物群落结构、微生物量、氧化损伤、DNA损伤等方面研究高效降解菌土壤环境释放的安全性。预期通过本研究可以明确氯嘧磺隆污染土壤生物修复机制，增强对污染物降解过程及土壤环境效应复杂性的认识，为尽早实现氯嘧磺隆污染土壤生物修复技术转化提供科学依据。

氯嘧磺隆是一种广泛应用的大豆阔叶杂草防治长残效（2-3年）磺酰脲类除草剂，由其残留引起的对后茬作物的伤害和对土壤生物多样性的负作用凸显。本项目利用微生物进行氯嘧磺隆实际污染土壤修复。结果表明，通过富集筛选法获得3株具有高效降解能力的细菌，研究过程中采用单因素、响应面法对降解菌株的生长及降解条件进行了优化以强化降解效果；采用Logistic模型和Andrews底物抑制模型拟合降解菌株的生长及降解动力学模型，了解菌株的降解规律；采用HPLC、LC-MS和FTIR，结合相关文献，分析、鉴定菌株降解氯嘧磺隆后产生的多种降解产物，推测出存在3条降解途径；基因组与转录组测序分析结果显示，降解菌D310-1中cytochrome P450、carboxylesterase、monoxygenase 参与了相关代谢过程，并且，这些酶的作用位点、方式与推测的氯嘧磺隆降解途径部分过程相吻合。qRT-PCR实验结果表明，D310-1中carboxylesterase,cytochrome P-450和glycosyltransferase基因是氯嘧磺隆降解过程关键基因，该结果与前期研究推断相吻合；绿色荧光蛋白标记后有利于对降解菌株土壤行为的观察，土壤群落结构分析结果表明降解菌株的引入基本不会改变污染土壤中原有的微生物群落结构，对生态系统安全，且对氯嘧磺隆污染土壤具有一定的修复效果。联合氯嘧磺隆高效降解菌Rhodococcus erythropolis D310-1与Stenotrophomonas maltophilia D310-3制备降解菌剂强化对氯嘧磺隆污染土壤的修复，制备固体微生物菌剂可以将降解菌固定在载体上，有效地屏蔽外界不利因素及土著菌对其侵害，因此选取富含漆酶菌糠等农业生产废弃物作为载体制备菌剂，可降低成本并提高固定效果，利于完成降解菌剂对长期受氯嘧磺隆污染的实际土壤的修复。本项目揭示了高效氯嘧磺隆降解菌株对氯嘧磺隆的降解途径与机制，复配高效降解菌制备固体菌剂强化实际氯嘧磺隆污染土壤的修复效果，为明确氯嘧磺隆污染土壤生物修复机制，增强对污染物降解过程及土壤环境效应复杂性的认识，尽早实现氯嘧磺隆污染土壤生物修复技术转化提供科学依据，同时为其他磺酰脲类除草剂污染修复提供新思路。