受典型氨基甲酸酯农药污染土壤的生物修复及相关研究

【摘要】：氨基甲酸酯农药作为一类重要的农药被广泛应用于农业生产,但其残毒会造成环境和食品的严重污染。由于这类农药具有较高的生物学毒性、在环境中的残留时间较长、产量大,因此如何对受其污染的环境进行有效修复日益受到社会关注。生物修复具有费用省、可现场处理污染土壤或水体、能够最大限度地降低污染物浓度和环境负面影响小等多重优势,因而非常适合我国目前的实际需要。本论文选取一种典型的N-甲基氨基甲酸芳香酯类农药—呋喃丹作为目标化合物,研究了污染环境中的微生物群落的动态变化,筛选出一株呋喃丹高效降解菌,并研究了该菌的降解活性,探讨了其对目标作用物的降解机制以及固定化技术应用于生物修复中的可行性,并尝试利用土壤的微生态研究来分析和指导实际的生物修复过程。具体结果如下: 利用RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA,随机扩增多态性DNA)分子遗传标记技术研究了涕灭威、呋喃丹和灭多威等三种氨基甲酸酯农药在模拟污染环境下对土壤微生物群落的影响。结果表明,RAPD技术作为一种简便、灵敏和迅速的方法,能够精确地判断出三种不同的氨基甲酸酯农药在不同污染时间下对土壤微生物群落的影响程度。因此,RAPD 对于污染物的风险评价、污染及修复过程中的微生物群落变化以及生态系统平衡研究等方面具有潜在的应用价值。 采用富集培养方法,从长期受农药污染的土壤中分离得到一株能高效降解呋喃丹的菌株,命名为AEBL3,理化指标鉴定和16s rDNA 序列分析表明该菌属于假单胞菌。由正交试验得出该菌株的最适培养条件为:温度32℃,pH 6.0,纱布3 层,摇床转速250 rpm。该菌对呋喃丹的120 小时降解率可以达到96.2%,并且也能利用其它氨基甲酸酯类农药涕灭威和灭多威等作为唯一的氮源生长。质粒消除实验证明,该菌的呋喃丹降解酶基因不位于质粒上。AEBL3 经固定化后对温度变化和高浓度呋喃丹的毒害作用的抵抗性加强。 通过硫酸鱼精蛋白处理、(NH4)2SO4 分级沉淀、DEAE 琼脂糖凝胶层析和苯基交联琼脂糖凝胶层析,从AEBL3 菌体中纯化得到凝胶电泳均一的呋喃丹水解酶,纯化倍数为30.33 倍。酶作用的最适温度为40℃,最适pH 值为4.5 和6.5,30℃下保温30min,酶活力基本不变,高于50℃酶活力则迅速下降; 氯化钾和氯化钠等对酶有激活作用,氯化汞、氯化锌、硫酸铜和硫酸锰等对酶有抑制作用,氯化钙、硫酸镁和三氯化铝对酶活影响不大。 使用以氨基甲酸酯除草剂燕麦灵作为筛选压力,分离得到一株抗性细菌AEBL2。细菌鉴定结果表明该菌属于欧文氏菌。通过对几种微生物的