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降解有机磷农药微生物的筛选及降解条件研究

唐亮  
【摘要】: 农药使用一方面可以保证农业的稳产和增产,另一方面对土壤、大气和水环境带来不同程度的影响。一些有机磷农药毒性强、降解慢、作用时间长,可在土壤中长期存在,造成农产品中农药残留超标,再通过食物链危害人体健康。因此,研究有机磷农药的降解具有十分重要的现实意义。常规的化学降解法利用强碱水解,但效率低,很多水解产物也是环境的污染物。微生物具有种类多、变异快和易于操纵的特点,是生物修复的重要资源。一些研究表明:利用微生物及其产生的降解酶处理环境中的有机磷农药是行之有效的,并已显示出良好的应用前景。在实验室内与自然环境中微生物对农药的降解能力存在较大差异,如何充分发挥微生物的作用,是一个值得深入研究的问题。 为减轻有机磷农药对生物和环境的危害,减少不必要的损失,有机磷农药降解方法的研究日益紧迫。对此,各国的研究人员做了大量的研究工作,开发出生物法、活性炭吸附法、碱解法、湿式氧化法和光催化降解法等一系列降解有机磷农药的有效方法。我国多采用生物降解法,其中生物降解菌种的筛选与纯化尤为重要。因此,迫切需要寻找对有机磷农药降解效果好的优势菌种,详细研究微生物生长的最佳条件和有机磷农药降解的最佳条件,这正是本研究需要解决的问题。 本研究采用气相色谱法测定有机磷农药的含量,分光光度法考察微生物的生长情况。乐果、氧乐果和甲胺磷的保留时间分别为8 min、4 min和2.5 min,采用外标法进行定量分析。 为了获得有效降解有机磷农药的微生物,以农药厂污水处理池中的活性污泥为菌源,通过驯化、筛选,分离得到14株可有效降解有机磷农药的优势菌种,观察了菌株的培养特征及个体形态,根据《伯杰氏系统细菌学手册》初步鉴定为:13株为假单胞菌属(Pesudomonas),一株不动菌属(Acinetobacter)。其中,假单胞菌属对有机磷农药有很好的降解效果。 菌种L_1、M_1、N_1分别对乐果、氧乐果和甲胺磷具有良好的降解效果,7 h后降解率分别达到46.99%、46.74%和45.45%,且菌株对低浓度有机磷农药的降解效果普遍较好。随着有机磷农药浓度的增加,菌株对其降解率逐渐下降,但去除绝对量有所提高,这可能与高浓度的有机磷农药对菌株有一定的毒性作用和处理时间较短有关。在农业生产中,由于施药给土壤中带来的残留农药量远远小于本研究中有机磷农药的使用量,若使用该菌种处理残留在土壤中的有机磷农药,有望取得较好的降解效果。因此实验中选择L_1、M_1、N_1为研究菌株,进一步研究它们的生长条件和对有机磷农药的降解条件。 通过正交实验,研究了菌株L_1、M_1、N_1的生长条件(温度、pH值和NaCl溶液浓度)。结果表明,温度对菌株生长的影响很大,菌株在30-40℃生长较好,在20℃时生长较慢,温度过低会抑制菌株的生长,说明温度在菌株的生长过程中起着非常重要的作用。初始pH值对菌株生长也有非常显著的影响,菌株在中性和碱性条件下生长较好(pH≥7),调节适当的pH值在菌株生长过程中非常重要;NaCl溶液浓度的影响非常接近,影响不大;各因素之间的交互作用不明显。在温度为30-40℃,pH值为7左右,NaCl溶液浓度为0.5 g/L的条件下,菌株的生长状况较好。 在菌株降解有机磷农药条件的研究中发现,在有机磷农药浓度为125 mg/L-1000 mg/L,温度为25-30℃,pH为7-9,降解时间为3 d时,菌株对农药的降解效果较好。各因素的交叉效果较小,控制降解条件可以大大提高有机磷农药的降解率。菌株对有机磷农药的耐受浓度可达2500 mg/L,菌株可降解有机磷农药的最适浓度为1000 mg/L,大于有机磷农药使用说明书的最高用量为800 mg/L左右,说明菌株可以对有机磷农药进行有效的降解。 创造菌株最佳的生长条件和农药的代谢环境是获得最佳除磷效果的必然条件。影响生物除磷的因素众多,而且每个因素对除磷效果的影响各不相同,只有找出各因素间的最佳组合,才能达到最好的处理效果。


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