發(fā)布時間：2020-03-23 18:30

【摘要】：農(nóng)藥污染是當(dāng)今我國環(huán)境污染中面臨的一個重大問題。由于我國農(nóng)藥的生產(chǎn)和使用量大,分散型農(nóng)業(yè)種植較多,農(nóng)藥不規(guī)范使用和過度濫用等現(xiàn)象加重了農(nóng)藥對農(nóng)業(yè)環(huán)境的面源污染,加上近年來出現(xiàn)的農(nóng)藥生產(chǎn)和加工企業(yè)搬遷,其遺留的場地中存在著大量的制造農(nóng)藥及合成中間有機(jī)化合物,造成了土壤中多種不同農(nóng)藥復(fù)合污染的現(xiàn)狀,而目前國內(nèi)外還缺少有效解決當(dāng)前復(fù)合農(nóng)藥污染的修復(fù)措施。利用生物修復(fù)手段,從土壤中篩選出對復(fù)合農(nóng)藥具有廣譜農(nóng)藥降解特性的微生物可作為消除土壤復(fù)合農(nóng)藥殘留的有效措施。本文通過定向馴化和篩選廣譜農(nóng)藥降解微生物,并研究單種及復(fù)合農(nóng)藥的降解特性和降解機(jī)理,通過綜合分析農(nóng)藥在土壤中的殘留變化以及土壤微生物種群變化,得出廣譜農(nóng)藥降解菌對農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)特性。具體實驗結(jié)果如下:1、廣譜農(nóng)藥降解微生物的篩選和鑒定。以有機(jī)磷農(nóng)藥敵百蟲為初始篩選農(nóng)藥,選用長期受到農(nóng)藥污染的土樣和水樣樣品,經(jīng)敵百蟲為碳源的定向馴化,共篩選出可同時利用敵百蟲農(nóng)藥為生長碳源、磷源和碳磷源的降解細(xì)菌PA F-3和真菌PA F-2,同時兩株微生物均可在以15種不同農(nóng)藥為碳源的固體無機(jī)鹽培養(yǎng)基上生長;經(jīng)鑒定兩株微生物分別屬于芽孢桿菌屬的Bacillus tequilensis和曲霉屬的Aspergillus sydowii。2、研究了敵百蟲農(nóng)藥的微生物降解特性。細(xì)菌PAF-3和真菌PA F-2的敵百蟲降解效率受到多種環(huán)境因素影響,分別使用響應(yīng)曲面模型預(yù)測得到PA F-3降解敵百蟲的最適條件為:恒溫培養(yǎng)溫度28℃,敵百蟲初始濃度125mg/L,細(xì)菌PA F-3的接種量為4%(v/v),在此條件下的敵百蟲降解率為88.7%;真菌PA F-2的敵百蟲最適降解條件為:溫度28℃,敵百蟲初始濃度50 mg/L,pH值為6.5,預(yù)測最大值降解率為75.3%;添加酵母提取物可顯著性增加細(xì)菌和真菌對敵百蟲的降解率,培養(yǎng)5天后降解率分別達(dá)到98.0%和100.0%,經(jīng)降解動力模型分析,該培養(yǎng)條件下100 mg/L敵百蟲的半數(shù)降解時間(DT50)分別縮短至1.82天和0.9天。3、研究了敵百蟲農(nóng)藥的微生物降解機(jī)理。利用GC-MS檢測敵百蟲降解中間產(chǎn)物,首次得到敵百蟲的微生物降解途徑。結(jié)果表明敵百蟲的真菌和細(xì)菌降解機(jī)理相似,通過水解反應(yīng)導(dǎo)致敵百蟲分子內(nèi)的C-P鍵斷裂,從而產(chǎn)生甲基膦酸二甲酯和水合氯醛分子,并進(jìn)一步降解為微生物可利用的磷酸鹽和葡糖苷酸,從而促進(jìn)微生物的生長;真菌PA F-2還可進(jìn)一步降解敵百蟲的水解產(chǎn)物敵敵畏,斷裂敵敵畏分子的碳碳雙鍵形成三甲基正磷酸鹽和二氯甲烷,最終形成磷酸化合物;在以敵百蟲為惟一磷源的培養(yǎng)條件下,真菌PA F-2還可降解敵百蟲和敵敵畏分子產(chǎn)生新的中間降解產(chǎn)物三甲基磷酰基乙酸酯、乙基磷酸二甲酯和二氯乙酸甲酯,也可進(jìn)一步降解轉(zhuǎn)化成亞磷酸二甲酯和葡糖苷酸。4、研究了廣譜農(nóng)藥降解細(xì)菌PA F-3的復(fù)合農(nóng)藥降解特性和機(jī)理。經(jīng)固體平板檢測,細(xì)菌PA F-3的廣譜農(nóng)藥降解能力相對真菌PA F-2較強(qiáng);經(jīng)復(fù)合農(nóng)藥的逐步馴化,細(xì)菌PA F-3在含有4種氯酚農(nóng)藥的MSM液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)14天,對鄰氯苯酚和2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的降解率最高值分別達(dá)到48.5%和61.5%,而對2,4-二氯苯氧羧酸(2,4-D)和4-甲基-2-氯苯氧羧酸(MCPA)的降解率較低;細(xì)菌PA F-3在含有5種復(fù)合農(nóng)藥的MSM培養(yǎng)基中培養(yǎng)41天內(nèi),對2,4-DCP、敵百蟲、高效氯氰菊酯(β-CP)、2,4-D以及乙草胺的最高降解率分別達(dá)到100%、100%、96.1%、69.5%和71.4%;通過綜合分析GC-MS檢測的復(fù)合農(nóng)藥降解中間產(chǎn)物,結(jié)果表明PA F-3降解含有氯原子的苯環(huán)類有機(jī)物時,主要發(fā)生脫氯反應(yīng)和氧化反應(yīng),形成苯酚,再通過氧化反應(yīng)發(fā)生羥基鄰位的雙鍵斷裂,導(dǎo)致苯環(huán)斷裂形成生物可利用的醇類或者酸類化合物;對乙草胺的降解途徑主要通過脫乙氧甲基和斷裂酰胺基,形成6-乙基-2-甲基苯胺,再以脫氮作用形成苯酚類苯環(huán)化合物并進(jìn)一步降解;PA F-3對β-CP的降解作用主要為水解反應(yīng),其中生成的3-苯氧基苯甲醛是微生物降解β-CP的重要中間產(chǎn)物,再經(jīng)過脫氯、氧化和苯環(huán)斷裂等作用達(dá)到對β-CP的生物降解。5、研究了 PA F-3對敵百蟲污染土壤的修復(fù)作用。農(nóng)藥污染土壤中添加廣譜降解菌PA F-3顯著提高土壤中敵百蟲的降解速率,培養(yǎng)6天左右即完全降解50 mg/kg敵百蟲;通過DGGE群落結(jié)構(gòu)以及特征條帶擴(kuò)增測序分析,添加敵百蟲土壤中變形菌門(Proteobacteria)的種群豐度出現(xiàn)先升高再隨培養(yǎng)時間延長降低的趨勢,放線菌門(Actinobacteria)和疣微菌門(Verrucomicrobia)變化不顯著,而在土壤加入PA F-3后,厚壁菌門(Firmicutes)的芽孢桿菌屬(Bacillus)隨培養(yǎng)時間逐漸增加,而原土壤中的優(yōu)勢菌群放線菌門沒有在特征條帶中檢測出,結(jié)果表明添加芽孢桿菌屬的降解細(xì)菌PA F-3,土壤優(yōu)勢種群向著降解菌的種群發(fā)展,而原本處于優(yōu)勢的細(xì)菌群落,相對豐度顯著降低或者消失;加入降解菌PA F-3,可減少土壤敵百蟲農(nóng)藥對真菌群落豐度的影響。6、研究了 PA F-3對復(fù)合農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)作用。添加細(xì)菌PA F-3在培養(yǎng)41天內(nèi)可完全降解復(fù)合農(nóng)藥污染土壤中的2,4-DCP、敵百蟲以及β-CP,對2,4-D以及乙草胺的最高降解率分別達(dá)到91.6%和90.3%,顯著提高了土壤中5種復(fù)合農(nóng)藥的平均降解速率、半數(shù)降解時間和降解常數(shù);DGGE結(jié)果表明,加入5種農(nóng)藥的土壤中優(yōu)勢菌群為變形菌門的a-、β-和γ-變形菌綱,而同時添加5種農(nóng)藥和降解細(xì)菌PA F-3后,土壤優(yōu)勢種群向著降解菌的種群(厚壁菌門)發(fā)展,而原本處于優(yōu)勢的變形菌門,種群濃度顯著降低;真菌優(yōu)勢菌群在加入降解細(xì)菌后變?yōu)樽幽揖T和擔(dān)子菌門,緩解了加入復(fù)合農(nóng)藥對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響。
【圖文】：

藥和３０００多種農(nóng)藥制劑，形成了完整的原藥－中間體配套的農(nóng)藥生產(chǎn)工業(yè)體系（汪凌云，，逡逑２００９）。進(jìn)入２０１２年之后，配合我國國家減量控害的規(guī)定，農(nóng)藥生產(chǎn)產(chǎn)量出現(xiàn)明顯下降，逡逑如圖１－１所示。２０１５年，我國農(nóng)藥生產(chǎn)總量達(dá)到１３２．８萬噸，比２０１４年總量降低１１％，逡逑且殺蟲劑、除草劑和殺菌劑的生產(chǎn)雖均處于下降趨勢。但是在２０１５年，我國的農(nóng)藥生逡逑產(chǎn)總量化及出口總量，均占世界第一位（束放，２０１６；楊曉玲，２０１５）。逡逑同時農(nóng)藥劑型加工行業(yè)經(jīng)濟(jì)也在穩(wěn)步X棾�，悬浮剂、水乳剂、微胶窠紤偃水基屑s鈴義閑�、绿色人G�、又x⒓熬鄞廝嵫衛(wèi)嚳稚⒓戀戎戀拇罅墾蟹⒑蛻�，更渣w櫻暈夜阱義細(xì)咝О踩突肪秤押瞇團(tuán)┮┓⒄狗較虻氖盜Γǚ虢ü齲玻埃保常換平鷯�，２００３）。辶x希卞義

本文編號：2597099