【摘要】：手性苯氧羧酸類除草劑應(yīng)用廣泛,但其過量使用在帶來污染的同時(shí),也會(huì)威脅人類的健康。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其選擇性降解的研究十分廣泛,但對(duì)其降解過程中碳同位素(13C/12C)分餾、相關(guān)功能基因豐度以及微生物群落變化的研究報(bào)道較少,對(duì)映體選擇性降解與轉(zhuǎn)化具體機(jī)制尚不明確。本文以外消旋(Rac-)、R型和S型這三種形態(tài)的典型手性除草劑2-甲-4-氯丙酸(2-(4-chloro-2-methylphenoxy)propanoic acid,mecoprop,MCPP)為研究對(duì)象,探究它們?cè)谒姆N土壤中的降解動(dòng)力學(xué)、選擇性降解與轉(zhuǎn)化、同位素分餾效應(yīng),以及對(duì)土壤中微生物相關(guān)功能基因豐度與群落結(jié)構(gòu)的影響。主要研究結(jié)果如下:(1)Rac-MCPP,R-MCPP和S-MCPP在土壤中的降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,滅菌對(duì)照表明,MCPP在土壤中的降解與對(duì)映體分餾均由微生物引起。非滅菌條件下,Rac-MCPP的降解半衰期為3.12～6.93天,Rac-MCPP在不同土壤中表現(xiàn)出不同的降解選擇性,玉米土(合肥)中表現(xiàn)為R型對(duì)映體優(yōu)先降解,對(duì)映體分餾EF終值為0.36±0.01,桑園土(杭州)中先表現(xiàn)為R型優(yōu)先降解后轉(zhuǎn)變?yōu)镾型優(yōu)先降解,EF終值為0.57±0.02,茶園土(杭州)與菜地土(杭州)中均表現(xiàn)為S型對(duì)映體優(yōu)先降解,EF終值分別為0.75±0.02、0.92±0.01。降解選擇性ES與土壤pH顯著正相關(guān)。(2)單體培養(yǎng)結(jié)果表明,MCPP在土壤降解過程中存在對(duì)映體轉(zhuǎn)化,且都偏向于R型→S型單體轉(zhuǎn)化。桑園土(杭州)與茶園土(杭州)中平衡常數(shù)K(KRS/KSR)分別為2.23、2.19,且桑園土(杭州)中轉(zhuǎn)化速率最高;玉米土(合肥)與菜地土(杭州)中僅有R型向S型單體轉(zhuǎn)化;四種土壤中各對(duì)映體單體的實(shí)際降解速率大小關(guān)系與外消旋體降解情況一致,并且都大于后者,表明對(duì)映體轉(zhuǎn)化現(xiàn)象會(huì)影響對(duì)映體選擇性。(3)Rac-MCPP在四種土壤降解過程中均有顯著碳同位素富集,單體培養(yǎng)過程中除玉米土(合肥)與桑園土(杭州)S型單體培養(yǎng)外,其它土壤中均有顯著碳同位素富集;計(jì)算得到的表觀動(dòng)力學(xué)效應(yīng)常數(shù)AKIE在1.008～1.032之間,C-H鍵斷裂的表觀動(dòng)力學(xué)效應(yīng)常數(shù)AKIE= 1.00～1.03,表明降解初始反應(yīng)均為C-H鍵的斷裂。(4)qPCR與PCR結(jié)果顯示,四種土壤添加Rac-MCPP,R-MCPP和S-MCPP培養(yǎng)下,均沒有檢測(cè)出rdpA基因,而sdpA基因均能測(cè)出,且相對(duì)豐度隨培養(yǎng)過程發(fā)生變化。在S型單體培養(yǎng)下在桑園土(杭州)中達(dá)到相對(duì)豐度最大值7.3。外消旋培養(yǎng)下基因增長(zhǎng)相對(duì)豐度低于單體培養(yǎng)結(jié)果,表明初始濃度對(duì)后續(xù)微生物降解影響較小,甚至可能濃度過高時(shí)會(huì)抑制含功能基因微生物活性。同時(shí)R型單體培養(yǎng)條件下,sdpA基因豐度會(huì)產(chǎn)生變化也表明存在對(duì)映體轉(zhuǎn)化;(5)16SrRNA Illumina高通量測(cè)序結(jié)果顯示,添加MCPP后四種土壤中微生物群落的物種豐富度(Chaol值,shannon指數(shù))、物種豐度分布(均勻度,simpson指數(shù))、群落組成均會(huì)有所變化,但隨時(shí)間推移而逐漸恢復(fù)初始狀態(tài),外消旋處理效果較單體處理影響更為長(zhǎng)久;四種土壤中變形菌門(Proteobacteria)相對(duì)豐度顯著增加,目前已報(bào)道降解菌多屬于此門類,可深入挖掘降解相關(guān)菌群信息;(6)sA擴(kuò)增子高通量測(cè)序結(jié)果顯示,土壤類型是決定菌群的主要因素,而土壤內(nèi)部對(duì)比分析可得,不同處理和時(shí)間,對(duì)基因組成(物種組成)影響明顯,且相對(duì)來說,外消旋處理的效果更持久;物種注釋結(jié)果顯示,共計(jì)比對(duì)成功120個(gè)已知菌株,其中包括MCPP已知降解菌株Sphingobium herbicidovorans,數(shù)量占比5%,排名第三,并未發(fā)現(xiàn)其余已知降解菌。此外,測(cè)序所得物種大多還是未知的。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X172;X592
【圖文】：

表現(xiàn)為低濃度下促進(jìn)植物生長(zhǎng)，高濃度下，使植物因生長(zhǎng)濃度過高而打破其激素平逡逑衡，影響新陳代謝，最終畸形直至死亡［２１］。逡逑ＭＣＰＰ擁有一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體，對(duì)映體分子結(jié)構(gòu)如圖１．１所示，其中只有Ｒ型對(duì)逡逑２逡逑

Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋ｍｅｃｏｐｒｏｐ邋ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒｓ逡逑在環(huán)境中的選擇性行為逡逑環(huán)境逡逑等［２３］分析了瑞士垃圾填埋場(chǎng)附近河流中各位置的ＭＣＰＰ對(duì)映，污染源處對(duì)映體組成為外消旋狀態(tài)，而在地下水流向下游，Ｒ型對(duì)映體比例增高，表明發(fā)生了生物降解；Ｂｕｓｅｒ等［２４］調(diào)ＤＣＰＰ與ＭＣＰＰ的對(duì)映體組成情況，發(fā)現(xiàn)在河流的不同位置，同，表明選擇性降解的發(fā)生或者存在外消旋污染源；后續(xù)又有ｒｉｏ河［２５］中ＭＣＰＰ在不同年份的濃度與對(duì)映體組成變化，結(jié)果中均為Ｒ型對(duì)映體優(yōu)先降解。不同條件與環(huán)境中，表現(xiàn)出的同，但選擇性差異原因機(jī)理尚不明確。逡逑環(huán)境與影響因素逡逑等［２６］研究了邋ＤＣＰＰ與ＭＣＰＰ在３種不同土壤中的降解，結(jié)果

MCPP的初步降解

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2744164