二甲戊乐灵降解细菌的分离及降解特性_cropped
第 26 卷第 1 期 Vol . 26 ,No . 1环境科学 2005 年 1 月J an. ,2005 EN V IRON M EN TAL SC I EN C E
二甲戊乐灵降解细菌的分离及降解特性
1 1 ,2 1 3朱鲁生,林爱军,王军,程翠花
( 11 山东农业大学资源与环境学院 ,山东泰安 271018 ; 21 中国科学院生态环境研究中心土壤环境研究室 ,北京 100085 ;
) 31 山东华阳集团环保科 ,山东宁阳 271400
摘要 :分离鉴定了二甲戊乐灵降解细菌 ,并研究了培养条件对二甲戊乐灵降解和细菌生长的影响 . 结果表明 ,所分离的 29 株细
- 1 菌中有 3 株在 3d 内对 100 mg?L 二甲戊乐灵的降解率在 80 %以上 ,选择 HB21 、WB21 2 株细菌进一步研究 ,此 2 株细菌经鉴
( ) ( ) 定分别属于假单胞菌 Pseu dom on as和玫瑰色微球菌 M i rococcus l uteus. 结果表明 2 株细菌在中性培养液中外加碳源浓度为- 1 012 % 、二甲戊乐灵浓度不大于 100mg?L 、30,40 ?培养的条件下 ,细菌生长量和二甲戊乐灵的降解率都达到最大 .
关键词 :二甲戊乐灵 ;细菌 ;降解 ;生长量
( ) 中图分类号 : X172 文献标识码 :A 文章编号 :025023301 20050120145205
Isolat ion an d Degra ding Characters of Pen dimethal in Degra ding Bacteria
1 1 , 2 1 3ZHU L u2sheng, L IN Ai2jun, WAN G J un, CH EN G Cui2hua
(11College of Enviro nment and Resources , Shando ng Agricult ural U niversity , Shando ng Taian 271018 , China ; 21Research Center for Eco2Enviro nmental Sciences , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100085 , China ; 3 . Shando ng Huayang Group , Shando ng
)Ningyang 271400 ,China
Abstract :Microbial degradatio n of pendimet halin and t he effect s of cult ure co nditio ns in vit ro are st udied. Twenty2nine st rains are iso2 - 1 lated by enrichment f ro m soil and sludge. 3 st rains can degrade more t han 80 % of pendimet halin of 100 mg?L in 3 days in cult ure fluid. 2 bacteria are co nsidered as efficiently degrading st rains identified as Pseu dom on as , M i rococcus l uteus . The efficiency of degra2 datio n is affected by cult ure co nditio ns such as p H , temperat ure and t he co ncent ratio n of sucrose and pendimet hanlin. The op timal co nditio ns are p roposed.
Key words :pendimet halin ; bacteria ; degradatio n ; bacterial growt h
近年来 ,我国农药生产量和使用量居世界第二2 株可降解二甲戊乐灵的细菌 ,并研究了培分离了
1 养条件对细菌生长和降解的影响 .位 ,仅次于美国. 在生产中使用的农药有 70 %左
右直接进入生态环境 ,成为我国进入环境中数量最 1 材料和方法 多 、影响范围最广的有毒环境污染物质 ,给人民生命
111 仪器设备 健康带来严重威胁. 农药在环境中的降解 ,主要是在
GC214C 型 气 相 色 谱 仪 带 电 子 捕 获 检 测 器 和 微生物的作用下进行的生物降解 ,降解速率受到农
2 N2000 色谱工作站 ,净化工作台 ,恒温振荡培养箱 , 药性质 、环境 条 件 和 施 药 方 式 等 因 素 的 影 响. 影
生化恒温养箱 ,高压灭菌锅 ,电子天平及实验室常用 响农药生物降解的因素很多 ,如土壤环境条件 、气候
玻璃仪器等 . 条件 、土壤微生物活性等 ,其中土壤环境条件又包括
112 药品和试剂 土壤温度 、湿度 、p H 值 、有机质含量等 .
( ) 二甲戊乐灵标准品 纯度 ?9710 %,以石油醚 二甲戊乐灵是二硝基苯胺类选择性芽前除草
3 ,4 或丙酮配成一定浓度的溶液备用 ; 33 %施田补乳油 剂 ,属低毒高活性除草剂, 抑制分生组织 细 胞
() 瑞士氰胺公司用无菌水适当稀释 ,按需加入培养 分裂 ,不影响种子的萌发 ,其选择性为生理和位差选
液 ;无水 NaSO为分析纯 , 130 ?烘 5 h 后 使 用 ; 石 2 4 择 ,在国内外应用很广 ,适用于多种大田作物和蔬菜
油醚为分析纯 ,经全玻璃装置重蒸后使用 . 防治多种杂草 . 二甲戊乐灵还是一种低毒植物生长
113 菌株分离与鉴定调节剂 ,主要用于抑制烟草腋芽的生长. 二甲戊乐灵
在环境中的降解主要是生物降解和光降解 ,国内外
收稿日期 :2004203210 ; 修订日期 :2004206222 已经有人做了一些二甲戊乐灵微生物降解方面的工 ( ) 基金项目 :山东省优秀中青年科学家科研奖励基金 03BS123; 山东 5( ) ,主要集中在土壤中二甲戊乐灵的降解和纯培农业大学博士后科研基金 22023资助.作 ( ) 作者简介 :朱鲁生 1963,,男 ,博士 ,教授 ,主要研究环境污染的生 6 ,10 养条件下一些真菌对二甲戊乐灵的降解. 本文 态毒理与生物修复 , Email :lushzhu @sdau. edu. cn
11 ,12 基础培养基按照参考文献配制 ,配方为 : 取最后富集液采用混合平板法分离 ,挑取生长
) ( N HNO110g , MgSO015g , N HSO015g , 快的单菌落接种于平板纯化并编号保存. 以不含外 4 3 4 4 2 4
KHPO015g , KHPO115g , NaCl 015g , 酵 母 膏 2 4 2 4 () () 加碳源 蔗糖的富集液 A获得 17 株细菌 ,测定 3d
- 1 0105g , 蔗 糖 按 需 加 入 , p H 712 , 713 , 121 ?灭 菌内对 100 mg?L 二甲戊乐灵的降解能力如表 1 所
() 30 min . 灭菌后根据需 要 加 入 二 甲 戊 乐 灵 的 丙 酮 溶 示 . 含有少量外加碳源的富集液 B分离后获得 12
- 1 液 ,并加热使丙酮挥发 ,或加入施田补乳油的无菌水 株细菌 ,测定 3d 内对 100 mg?L 二甲戊乐灵的降
稀释液. 采用 2 种培养液富集二甲戊乐灵降解细菌 ,解能力如表 2 所示. - 1 表 1 富集液( A) 分离细菌 3d 内对 100 mgL ? 二甲戊乐灵的降解率 () ( ) 不含外加碳源 蔗糖的培养液 A和含有少量外加
Table 1 Bio degradatio n rate of pendimet halin by bacterial st rains () () 碳源 蔗糖的培养液 B,培养液中其它组分相同 . isolated f ro m enrichment cult ure A in t hree days 采集的土壤和污泥以 5 %的量接种到含二甲戊 菌株 降解率 / % 菌株 降解率/ % - 1乐灵 100 mg?L 的 2 种培养液中 , 33 ?振荡培养 1 B2101 15184 23 16128 HB
周 ,取适量富集液接种于同样培养液中培养 ,同时将 B2102 13146 HB24 59185 - 1 B2103 6143 HB26 49147 二甲戊乐灵浓度提高到 200 mg?L ,如此转接并不 B2104 7166 HB29 36185 断提高二甲戊乐灵的浓度 ,直到二甲戊乐灵的浓度 B2105 10103 HB210 81182 - 1 提高到 5 000 mg?L . 取最后富集液采用混合平板 B2106 12152 HB211 40169
B2107 6148 HB212 60194 法进行分离 ,挑取单菌落转接到二甲戊乐灵为碳源
HB21 88109 WB21 87178 的选择性培养平板和含蔗糖的平板并纯化 ,连续转 HB22 73109 接且 不 断 提 高 二 甲 戊 乐 灵 的 浓 度 最 终 达 到 5000
- 1 mg?kg ,选取生长好的菌株分别编号保存 . 从表 1 中可以看出 ,虽然各菌株均可利用二甲
- 1 细菌的鉴定按参考文献 13 ,16 进行.戊乐灵为碳源 , 并可耐受 5000 mg?L 的二甲戊乐
114 微生物降解试验灵 ,但并不都具有高的降解率 . 在此 17 株细菌中有
细菌预培养于无药平板 ,用无菌生理盐水配成 5 株细菌在 3d 内的降解率在 60 %以上 ,其中 HB21 、 一定浓度的菌悬液 ,待用. 根据实验需要配制一定蔗 WB21 和 HB210 3 株细菌在 80 %以上. 从表 2 中可 糖浓度的培养液 ,并根据实验需要加入二甲戊乐灵 , 以看 出 , 虽 然 各 菌 株 含 有 少 量 外 加 碳 源 和 5 000
- 1 分装到试管 , 接种 上 述 细 菌 溶 液 , 另 设 置 不 接 菌 处mg?kg 二甲戊乐灵的平板上均可正常生长 , 但各 理 ,同时置恒温振荡培养箱一定温度下 150r/ min 培 菌株对二甲戊乐灵的降解能力都很低 ,没有二甲戊 养 . 培 养 结 束 后 , 一 部 分 试 管 测 定 650 nm 下 的 OD 乐灵的 高 效 降 解 菌 . 根 据 各 菌 株 的 降 解 能 力 确 定
值 ,细菌的生长量 .HB21和 WB21 为进一步研究的菌种 . - 1115 二甲戊乐灵的测定 培养结束后测定二甲戊乐 表 2 富集液( B) 分离细菌 3d 内对 100 mg?L 二甲戊乐灵的降解率
Table 2 Bio degradatio n rate of pendimet halin by bacterial st rains 灵的试管加入重蒸石
isolated f ro m enrichment cult ure B in t hree days 油醚 510 mL , 于 旋 涡 混 合 器 振 荡 提 取 2 次 , 每 次菌株 降解率 / % 菌株 降解率 / % 210 min ,静置分层后 ,吸取一定体积石油醚于 25 mLB2201 010 2207 010 B 的容量瓶 ,定容后气相色谱测定 .B2202 010 B2208 1101
色谱条件 : 色谱柱 : 内径 013 cm ×180cm 玻 璃 B2203 010 B2209 0102
B2204 010 B2210 0161 色谱柱 ; 固定相 : 3 %OV217/ Gas Chro m so rb W A W B2205 010 B2211 2146 DMCS 80 , 100 目 ; 操 作 温 度 : 进 样 口 270 ?; 柱 室 B2206 010 B2212 2135 255 ?;检测器 290 ?;气体流量 : N为 110 k Pa , ECD2
上尾吹为 20 k Pa .212 菌株鉴定 - 1 110 、1010 、10010 mg?L 3 个浓度重复 6 次的 菌株 HB21 菌 落 大 , 边 缘 不 规 则 , 表 面 低 凸 面 ,标准 添 加 回 收 率 及 变 异 系 数 分 别 为 99188 % ? 乳白色 ,半透明 ,有光泽 ,菌体为杆状 ,不形成芽孢 ,
0155 % ,98170 % ?0141 % 、98113 % ?0142 %.革兰氏染色为阴性 . WB21 菌 落 小 , 圆 形 边 缘 整 齐 ,
表面高凸面 ,红色 ,不透明 ,无光泽 ,菌体呈球状 ,革 2 结果与讨论 兰氏染色为阳性. 各项生理生化指标如表 3 所示.
211 高效降解菌株的筛选 根据表 3 中的生理生化反应特性以及菌落形态
1 期环境科学147
和 菌 体 形 状 , 初 步 鉴 定 HB21 属 于 假 单 胞 菌 属
( ) ( Pseu dom on as , W B21 属于玫瑰色微球菌 M i rococ2
) cus l u teus. 1) 表 3 细菌的生理 、生化特性
Table 3 The p hysiological and biochemical charact ers of isolat es
菌株 St rains 反应类型 Reactio n t ypes HB21 WB21
- ? 蔗糖发酵试验
- D2- 麦芽糖发酵试验
+ + 葡萄糖发酵试验 乳
糖发酵试验 - - + - D2甘露醇发酵试验 2 含药培养基上细菌生长曲线 图 ? + D2木糖发酵试验Fig. 2 Growt h curves of bacteria in cult ure medium co ntaining + - L2阿拉伯糖发酵试验 菌所利用 ,但对细菌的生长有一定的抑制作用 . 脲酶产生试验 甲基红 ?未做
( ) - - () M . R. 试验 2二甲戊乐灵降解曲线 含有 012 %蔗糖的
- 1 ( ) - - 乙酰甲基甲醇 V . P. 试验 培养基加入 120 mg?L 二甲戊乐灵后接种 2 株细 - - 过氧化氢酶试验 柠檬酸盐菌进行培养 ,并测定不同培养时间二甲戊乐灵的浓 - - 利用试验
度 ,其随时间变化如图 3 所示. 从图 3 中可以看出 , 产碱产酸不产碱石蕊牛乳试验
- - 淀粉水解试验 未接菌处理和接菌处理中二甲戊乐灵浓度都减小 , - - 明胶液化试验 但接菌处理培养液中二甲戊乐灵的浓度减少速度远 - - 酪素水解实验 硫
远大于未接菌处理 ,表明细菌对二甲戊乐灵有降解 - - 化氢产生试验 吲
- - 哚产生试验 作用. 在 24 h 前 ,细菌保持比较高的降解能力 ,但在 + + 硝酸盐还原试验 24 h 后其浓度变化趋于平稳 ,分析其原因 ,在接种初 - 杆状+ 球状革兰氏染色
期 ,菌体能吸附大量农药 ,使农药浓度下降 ,在对数 )1“ + ”表示反应呈阳性 “, - ”表示反应呈阴性
生长期由于微生物数量多而且活性高 ,降解速度大 , 213 细菌生长和对二甲戊乐灵的降解
对数生长期后微生物种群老化 ,数量增加变慢 ,降解 () 1细菌生长曲线 2 株细菌在不含及含二甲
- 1 速率下降. 戊乐灵 100 mg?L 培养液中的生长曲线分别见图 1
及图 2 所示. 从图 1 中可以看出 ,在不含二甲戊乐灵
的培养液中细菌生长迅速 ,在 18 h 菌体数目达到最
大 , HB21 、WB21 2 株 细 菌 OD的 值 分 别 达 到 650
11414 、11251 ,以后趋于平缓 . 从图 2 中可以看出 ,在
- 1 含二甲戊乐灵 100 mg?L 的培养基中开始细菌生
长较慢 ,有一个适应期 ,然后迅速生长 ,在 18h 生长量
达到最大 ,但少于不含二甲戊乐灵培养液 ,随后菌量逐
渐减少. 由此表明 ,虽然二甲戊乐灵可以作为碳源被细
图 3 二甲戊乐灵的浓度随时间变化曲线
Fig. 3 The co ncent ratio n of curves of pendimet halin in cult ure
medium at deferent time
214 外加碳源浓度对细菌生长及降解率的影响
- 1 含不同蔗糖浓度的培 养 液 中 添 加 100mg ?L
二甲戊乐灵接种后培养 24 h ,测定细菌的生长和二
甲戊乐灵的降解 ,如图 4 所示.
虽然随外加碳源浓度的提高 ,微生物生长繁殖
图 1 无药培养基上细菌生长曲线 加快 ,细菌生长量增大 ,但从图 4 中可以看出 ,二甲
Fig. 1 Growt h curves of bacteria in cult ure medium 戊乐灵的降解率却都是先增加 ,后降低. 在没有外加
碳源的条件下 ,菌体数量少 ,对二甲戊乐灵的降解率
很低 ,随外加碳源 浓 度 的 提 高 , 可 利 用 碳 源 浓 度 增
加 ,细菌生长繁殖加快 ,二甲戊乐灵的降解率增加 ,
在 012 % 时 达 到 最 大 , HB21 和 WB21 分 别 是
5312 % 、65167 % ,但外加碳源浓度再增加时 ,二甲戊
乐灵降解率反而开始降低 . 由此可见 ,在可利用碳源
浓度低的情况下 ,加入一定的生长基质并不抑制 ,而
17 ,19 且常常加速农药的生物降解. 没有外加碳源
20 时缺乏易于利用的碳源 ,细菌的生长受到抑制,
降解率低 ;加入少量外加碳源后促进细菌的增长 ,产
21 生降解酶的数量多,降解率增加 ; 若外加碳源浓
度过高 ,虽然细菌的生长量增加 ,但菌株优先利用易 图 5 p H 值对二甲戊乐灵降解率的影响
Fig. 5 Effect s of p H value o n pendimet halin bio degradatio n rate 于利用的蔗糖 ,减少了对二甲戊乐灵的利用 . 总之 ,
微生物降解农药 ,需要合适的外加碳源浓度 ,过低则
216 二甲戊乐灵浓度对细菌生长及底物降解率的 抑制了微生物正常的生长代谢 ,过高则降低了对农
影响药的利用或抑制了降解酶的产生 ,只有适量添加外
在 012 %蔗糖的培养基中加入不同浓度的二甲 加碳源 ,才能既保证细胞的正常生理功能 ,又满足降
戊乐灵浓度后测定细菌的生长量和底物的降解. 二 解酶产生的要求.
甲戊乐灵对细菌的生长有抑制作用 ,随着其浓度增
加 ,细菌的生长量逐渐下降 . 二甲戊乐灵浓度对底物
降解率的影响如图 6 所示.
图 4 蔗糖浓度对二甲戊乐灵降解率的影响
Fig. 4 Effect s of co ncent ratio n of sucro se o n
bio degradatio n of pendimet halin
215 初始 p H 值对细菌生长及降解率的影响 图 6 不同二甲戊乐灵浓度下细菌的降解率 - 1 Fig. 6 Effect s of pendimet halin co ncent ratio n o n 含有 012 %蔗糖的培养基加入 100 mg?L 二甲
pendimet halin bio degradatio n rate 戊乐灵后测定初始 p H 值对二甲戊乐灵降解率影响
如图 5 所示. 研究中发现 , 在 p H5 , 9 的范围内 , 细 从图 6 中可看出 ,随培养液中农药浓度升高 ,二
菌生长随培养液 p H 值升高先增加 ,在 p H8 的条件甲戊乐灵的降解率降低 ; 但如果计算二甲戊乐灵的 下生长量最大 ,然后随培养液 p H 值升高先生长量 绝对去除量可以发现 ,随培养液中农药浓度的升高 , 减少. 但两菌株所 受 到 的 影 响 程 度 也 不 相 同 , 菌 株 二甲戊乐灵的绝对去除量先增加后减少. 这是因为 , WB21 的生长量受培养液 p H 值影响小 , 菌株 HB21 二甲戊乐灵作为一种复杂的化学物质 ,一方面可以 受的影响大 . 从图 5 可以看出 ,二甲戊乐灵的降解率 诱导降解酶活性的提高 ,一方面也抑制细菌的生长 随 p H 值的增加而加大 ,在 p H 值为 7 时达到最大 , 和生理活动 . 在低浓度的条件下 ,随二甲戊乐灵浓度 而后随 p H 值的增加降解率减小 . 各菌株在 p H6,8 的提高 ,细菌降解酶活性增加的程度大于生理活动 的条件下均可以 保 持 较 高 的 降 解 率 . 在 p H 值 为 9 受抑制的程度 ,所以农药的绝对去除量增加 ,但是由 时 ,WB21 的降解能力受抑制程度大 ,其降解率仅为 于浓度提高的程度大于去除量增加的程度 ,所以降解
- 1 10118 %. 率下降. 当二甲戊乐灵的浓度大于 200 mg?L 时 ,二
1 期环境科学149
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