乙草胺降解菌Y_4的分离鉴定及降解特性研究

摘要：从长期经乙草胺污染的污泥中分离到一株能以乙草胺为唯一碳源和能源生长的菌株Y-4，通过生理生化实验和16S rDNA同源性序列分析，鉴定为申氏杆菌属（Shinella sp.）。采用室内培养方法，研究了Y-4 对乙草胺的降解特性。结果表明，Y-4 能有效地降解浓度为5～200 mg·L-1 的乙草胺，在48 h 内对50 mg·L-1 乙草胺的降解率达到83.3%。菌株Y-4 降解乙草胺的最适pH 值为8.0，最适温度为30 ℃，其对丙草胺和丁草胺等农药也有良好的降解效果。

    随着城市化进程和农村劳动力转移的不断加快，为提高农业生产效率，保证农业生产的正常进行，除草剂被广泛使用，酰胺类除草剂就是其中的一种。酰胺类除草剂是目前国际上大量使用的除草剂之一，在国际市场中，销量最大的酰胺类除草剂品种分别是乙草胺、丁草胺和甲草胺，并已占酰胺类除草剂总产量的96%。乙草胺、丁草胺和甲草胺等酰胺类除草剂在农业生产上发挥了重大作用，但它们的大量使用也带来了一系列环境问题。
    例如：甲草胺具有一定的水溶性（242 mg·L-1），可以到达地表水和地下水，可能诱发哺乳动物癌症、干扰内分泌及降低男性精子浓度与活性等[1-2]；乙草胺在土壤中持效期可达8~12 周，在河水中很难水解，半衰期在1 386 d 以上，乙草胺对鱼类有较强的毒性，对土壤微生物种群数量及土壤中细菌、放线菌和真菌生长速率均有一定的抑制作用，被美国环保局定为B-2类致癌物[3-4]；丁草胺会随水纵、横向淋溶与扩散，特别是随排灌水和降水流失，会造成地下水及江河污染，丁草胺对藻类、光合细菌、固氮细菌等许多微生物的生长有抑制作用，从而破坏了土壤微生态平衡[5-6]。
    此外，乙草胺和丁草胺等酰胺类除草剂的不科学使用还会对农作物产生药害作用，如丁草胺的不科学使用会对水稻产生药害，给农业生产带来巨大损失[7-8]。针对上述情况，除了加大宣传，指导农户科学用药以外，还要探求消除过量除草剂残留的有效方法，双管齐下才能在保证发挥除草剂积极作用的前提下尽量减小其带来的危害，实现可持续发展。研究表明乙草胺、丁草胺和甲草胺等酰胺类除草剂在环境中的消失主要是由于微生物的降解所致[9]，在地表水和地下水中，由于缺少微生物降解，其持久性可达数月到数年不等[10]。因此，分离相应的高效降解菌，研究其降解机理，对于消除这些除草剂的环境污染具有重要的现实意义，国内外研究者在这方面做了大量的努力，主要在菌株的分离筛选和降解途径的鉴定两个层面。王菁华等研究了丁草胺降解菌Pseudomonas putida ER1 及该菌降解丁草胺时的蛋白质组学[11]。Dur觔es Sette 研究了Streptomyces sp. LS166，LS177、LS182 对甲草胺的降解并分析了其降解途径[12]。虞云龙等在丁草胺降解菌株分离、降解途径的鉴定以及土壤修复试验方面做了详细的研究[13-14]。吴新杰等分离了丁草胺降解菌Arthrobacter sp. WY306[15]。李艳春等分离筛选了丁草胺降解菌Acinetobacter sp.LYC-1 和Ancylobacter sp. LYC22[16-17]。
    但目前对乙草胺微生物降解的研究报道较少，仅发现食油假单胞菌（Pseudomonas oleovorans）能高效降解10 mg·L-1 左右的乙草胺[18]，而对于更高浓度乙草胺高效降解菌的研究未见报道。此外，能同时降解甲草胺、乙草胺和丁草胺等多种酰胺类除草剂的降解菌也未见报道。本研究分离、鉴定了一株乙草胺高效降解菌株Y-4，该菌株能在48 h 内高效降解50 mg·L-1 的乙草胺，该菌株还可以降解甲草胺、丙草胺和丁草胺。