精噁唑禾草靈復合污染體系微生物降解的

精噁唑禾草靈復合污染體系微生物降解的研究摘要：復合污染較之單一污染對環(huán)境的脅迫作用更為復雜。本實驗中研究了外源物質(zhì)百菌清、十二烷基苯磺酸鈉和Cr+6與精噁唑禾草靈組成復合污染體系中微生物降解情況。結(jié)果表明：3種外源物質(zhì)對產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv及Alcaligenessp.H與Huv混合菌（1：1）降解精噁唑禾草靈均產(chǎn)生了抑制作用。其中百菌清對Huv及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌（1：1）降解精噁唑禾草靈的抑制作用更為顯著，而對于產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H其相對抑制作用較??；當外源物質(zhì)為十二烷基苯磺酸鈉和Cr+6時，降解曲線形狀發(fā)生了明顯的變化，尤其降解初期十二烷基苯磺酸鈉和Cr+6對降解菌的抑制作用尤為明顯，降解速度很慢，隨著降解菌對十二烷基苯磺酸鈉和Cr+6的適應，降解速度逐漸加快。關(guān)鍵詞：精噁唑禾草靈微生物降解外源物質(zhì)抑制作用1.引言在環(huán)境污染體系中，不同的污染物質(zhì)在不同介質(zhì)中遷移、轉(zhuǎn)歸，不同污染物之間相互作用，形成復合污染體系。復合污染較之單一污染物對環(huán)境的脅迫作用更為復雜，復合污染問題已日益引起人們的關(guān)注。微生物由于其特殊的適應能力，一般來說同一種菌可能會對多種化合物有降解作用，而同時某一化合物往往同時會有多種降解菌。例如可降解DDT的細菌有節(jié)細菌屬（Arthrobacter）、假單胞菌屬（Pseudoimonas）、梭狀芽孢桿菌屬（Coslridium）、土壤桿菌屬（Agrobacterium）[1、2]。精噁唑禾草靈是由德國Hoechst（現(xiàn)歸并于德國Bayer）公司,開發(fā)出來的一種防除禾本科雜草的高效莖葉選擇性低毒除草劑[3]，主要用于麥田防除野燕麥、看麥娘等多種禾本科雜草，具有施藥適期長、防效好、對小麥安全等特點，目前在我國使用很廣[4]。目前國內(nèi)外對精噁唑禾草靈的報道主要集中在使用方面，盡管精噁唑禾草靈屬于低毒除草劑，但關(guān)于精噁唑禾草靈的環(huán)境行為國內(nèi)外報道很小，尤其是精噁唑禾草靈在土壤以及水體中微生物降解以及遷移轉(zhuǎn)化情況。本實驗中所選的三種外源物質(zhì)分別為百菌清、十二烷基苯磺酸鈉和Cr+6，在農(nóng)田及污染水體中，它們均可與精噁唑禾草靈組成復合污染體系。因此研究細菌Alcaligenessp.H、Huv和Alcaligenessp.H與Huv混合菌（1：1）在復合污染中對精噁唑禾草靈的降解情況，在于進一步了解環(huán)境中微生物對精噁唑禾草靈的降解性能、降解機理，以及降解產(chǎn)物給環(huán)境帶來的可能影響，同時可以為實際環(huán)境中精噁唑禾草靈的污染治理提供技術(shù)支撐。2.材料與方法2.1菌株產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H，安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)藥研究所提供Huv（Alcaligenessp.H紫外誘變菌株），安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)藥研究所提供2.2基礎(chǔ)無機培養(yǎng)液MgSO4.7H2O0.2g/FeSO4.7H2O0.001g/K2HPO40.1g/(NH4)2SO40.1g/CaSO40.04g/蒸餾水1000mL/pH=7.02.3供試藥品及試劑精噁唑禾草靈標樣：安徽華星化工有限公司提供,純度為99.0％；百菌清標樣（安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)藥研究所提供），純度為98.0％；十二烷基苯磺酸鈉（北京市聯(lián)利生物制劑廠）,純度為99.0％；重鉻酸鉀（上海試劑一廠），分析純2.4.精噁唑禾草靈的分析方法2.4.1精噁唑禾草靈的提取將無水乙醇3.5mL加入盛有1.5mL精噁唑禾草靈培養(yǎng)液的試管,充分振蕩,使沒有被微生物利用的精噁唑禾草靈充分溶解于乙醇和水的混合物中(精噁唑禾草靈于水中的溶解度低,為0.7mg/L,但在乙醇中溶解度＞10g/L,又因為乙醇同水可任意比例混合,所以采用此法),將上述混合液用針筒式微孔濾膜過濾器過濾于5mL容量瓶,定容后測定。2.4.2精噁唑禾草靈的液相色譜分析條件及液相色譜圖儀器:Agilen1100serises帶紫外可變波長檢測器VWD條件:流動相為甲醇：水，85：15(體積比)；流速:1mL/min；檢測波:236nm；C18柱(4.6×250mm)；壓力:100±5bar；溫度:25℃；精噁唑禾草靈的保留時間:5.70min3.結(jié)果與分析3.1百菌清對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響百菌清對產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv和產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌（1：1）降解精噁唑禾草靈均產(chǎn)生了抑制。通過比較產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv和產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌（1：1）半衰期和降解速率常數(shù)（相對于無百菌清的介入情況下），可以看出百菌清對Huv及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌（1：1）降解精噁唑禾草靈的抑制作用更為顯著；而對于產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H相對抑制作用較小。（圖2及表1）3.2十二烷基苯磺酸鈉對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響十二烷基苯磺酸鈉對產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv菌及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌（1：1）的降解，均產(chǎn)生了抑制作用，降解曲線形狀發(fā)生了明顯的變化，由向上趨勢變?yōu)橄蛳碌内厔?，尤其降解初期，十二烷基苯磺酸鈉對細菌的抑制作用尤為明顯，降解速率很小，隨著細菌對十二烷基苯磺酸鈉的適應，降解速率逐漸增。通過比較產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv菌及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌（1：1）半衰期，其半衰期分別為87.82h（64.17h）、41.50h（35.18h）、49.15h（30.39h），可知十二烷基苯磺酸鈉對產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H菌的降解抑制作用較為明顯。（圖3及表2）圖1.精噁唑禾草靈的液相色譜Fig1.TheHighPerformanceLiquidChromatogramoffenoxaprop-p-ethyl3.3鉻離子對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響Cr+6對產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv菌及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌（1：1）的降解同樣產(chǎn)生了明顯抑制作用，降解曲線形狀發(fā)生了明顯的變化，其變化趨勢與外源物質(zhì)為十二烷基苯磺酸鈉接近。通過比較產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv菌及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌（1：1）的半衰期和降解速率常數(shù)，可知Cr+6對產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H菌的降解抑制作用尤為明顯。（見圖4及表3）3.4綜合比較比較三種外源物質(zhì)對產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv菌及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與.Huv混合菌（1：1）降解10mg/mL精噁唑禾草靈的半衰期（見表4），可知對于產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H菌來說，Cr+6對其的抑制作用最大，其半衰期增加了近一倍；對于Huv來說，百菌清對其的抑制作用最大；而對于混合菌來說，Cr+6對其的抑制作用最大。通過上述比較，可知不同的外源物質(zhì)對不同的菌產(chǎn)生不同的作用，因此在不同的污染體系中，應針對不同的污染體系選擇不同的降解菌或降解菌體系。本實驗中篩選的產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H菌及Huv菌，可以為環(huán)境中不同的精噁唑禾草靈污染體系提供菌株選擇。圖2.百菌清對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響Fig2.EffectofchlorothalonilondegradationFenoxaprop-p-ethylbydifferentstrains圖3.十二烷基苯磺酸鈉對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響Fig3.EffectofDodecylbenzenesulfonicaidsodiumsaltondegradationFenoxaprop-p-ethylbydifferentstrains圖4.鉻離子（六價）對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響Fig4.EffectofCr+6ondegradationFenoxaprop-p-ethylbydifferentstrains注：上述三個實驗中:精噁唑禾草靈濃度均為:10mg/L；百菌清,十二烷基苯磺酸鈉,Cr+6濃度均為:10mg/L系列1：Alcaligenessp.H；系列2：.Huv；系列3：Alcaligenessp.H：Huv（1：1）；系列4：Alcaligenessp.H（對照）；系列5：Huv（對照）；系列6：Alcaligenessp.H：Huv（1：1）（對照）表1.百菌清對不同菌降解精噁唑禾草靈影響的動力學參數(shù)Table1.KineticdataofbiodegradationofFenoxaprop-p-ethylwithchlorothalonilbydifferentstrain菌株Strain菌量OD330回歸方程Ct=C0e-kt相關(guān)系數(shù)r速率常數(shù)半衰期（h）H(對照)0.2Ct=10.016ee-0.01108x0.99370.010864.17Huv(對照)H：Huv(1：11)(對照)0.20.2Ct=9.69776e-0..0197xxCt=9.5947ee-0.02228t0.98290.99600.01970.022835.1830.39H0.2Ct=10.05ee-0.00095x0.98940.009572.95Huv0.2.Ct=9.61899e-0.00131x0.97390.013152.90H：Huv(1：11)0.2Ct=10.021ee-0.01132x0.99870.013252.50表2.十二烷基苯磺酸鈉對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響的降解動力學參數(shù)Table2.KineticdataofbiodegradationofFenoxaprop-p-ethylwithDodecylbenzenesulfonicaidsodiumsaltbydifferentstrain菌株Strain菌量OD330回歸方程Ct=C0e-kt相關(guān)系數(shù)r速率常數(shù)半衰期（h）H(對照)Huv(對照)H：Huv(1：1))(對照)HHUVH：Huv（1：1）Ct=10.016ee-0.01108xCt=9.6976ee-0.01197xCt=9.5947ee-0.02228tCt=10.807ee-0.00079xCt=10.632ee-0.01167xCt=11.492ee-0.01141x0.99370.98290.99600.92500.98940.92350.01080.01970.02280.00790.01670.014164.1735.1830.3987.7241.5049.15表3.鉻離子對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響的降解動力學參數(shù)Table3.KineticdataofbiodegradationofFenoxaprop-p-ethylwithCr+6bydifferentstrain菌株Strain菌量OD330回歸方程Ct=C0e-kt相關(guān)系數(shù)r速率常數(shù)半衰期（h）H(對照)Huv(對照)H：Huv(1：1))(對照)HHUVH：Huv（1：1）Ct=10.016ee-0.01108tCt=9.6976ee-0.01197tCt=9.5947ee-0.02228tCt=10.55ee-0.0006tCt=11.218ee-0.01148tCt=11.082ee-0.01118t0.99370.98290.99600.95430.94560.94310.01080.01970.02280.0060.01480.011864.1735.1830.39115.5046.8258.73表4.不同菌降解加入不同外源物質(zhì)的精噁唑禾草靈的半衰期Table4.T1/2ofdegradationfenoxaprop-p-ethylbydifferentstrainswithdifferentmaterials菌株StrainT1/2對照（h）T1/2(百菌清))（h）T1/2(十二烷基基苯磺酸鈉)（h）T1/2(Cr++6)（h）HHuvH：Huv（1：1）64.1735.1830.3972.9552.9052.5087.8241.5049.15115.5046.8258.734.結(jié)論4.1百菌清對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響殺菌劑對細菌的殺死或抑制作用主要表現(xiàn)為抑制能量代謝或干擾呼吸作用，阻止ATP的產(chǎn)生、干擾有機體生長和維持生命所需新細胞物質(zhì)的產(chǎn)生過程以及破壞細胞結(jié)構(gòu)，影響細胞膜的通透性而導致細胞內(nèi)含物泄漏三個方面[5]。在本實驗中，百菌清（作為一種常用殺菌劑）對產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv菌及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H和Huv混合菌降解精噁唑禾草靈均產(chǎn)生了抑制作用，說明了百菌清對產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv菌及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌均有殺滅作用，這與殺菌劑的性質(zhì)相符。通過比較，百菌清對Huv降解精噁唑禾草靈的抑制作用更為顯著，而對于產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H相對抑制作用較小。通過降解實驗中（降解菌為Alcaligenessp.H），液相色譜測定過程中百菌清峰高（測定精噁唑禾草靈液相色譜下，百菌清的保留時間為4.0min）下降，可知產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H對百菌清同樣有降解作用，這同時又說明產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H菌對百菌清有較好的適應性。4.2十二烷基苯磺酸鈉對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響表面活性劑是在較低量時便能降低溶液界面張力、改變體系界面活性的一種物質(zhì)[6]。十二烷基苯磺酸鈉是一種陰離子表面活性劑，在水溶液中能較迅速地降解為烷基酚、烷基苯羧酸等中間代謝產(chǎn)物，因而也是污染土壤和地下水的主要成分之一。張麗芳等[7]分別研究了陰離子及非離子表面活性劑對不同石油降解菌除油影響的研究，表明陰離子及非離子表面活性劑均對細菌除油率產(chǎn)生影響，其中陰離子表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉）對細菌活性具有明顯的抑制作用，非離子表面活性劑（曲拉通X-102）也有抑制作用。有關(guān)表面活性劑的抑制或毒性作用可能有兩種[8]:(1)表面活性劑與細胞膜的脂質(zhì)物質(zhì)相互作用,而破壞了細胞膜；(2)表面活性劑與酶或其他影響細胞基本功能的蛋白質(zhì)發(fā)生了反應。表面活性劑對細菌的毒性隨著碳氫鏈的增長而增長。本試驗中十二烷基苯磺酸鈉可能與產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv發(fā)生了上述兩種作用,從而使產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌降解精噁唑禾草靈效率下降。4.3重金屬對不同菌降解精噁唑禾草靈的影響重金屬能夠明顯影響土壤的微生物群落,如能降低土壤微生物生物量[9],降低活性細菌菌落的數(shù)量[10]等等。同時，重金屬污染亦能明顯影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[11],即土壤微生物系統(tǒng)的反應。已有研究表明，微生物群落結(jié)構(gòu)的變化能較早地預測土壤養(yǎng)分及環(huán)境質(zhì)量的變化過程,被認為是最有潛力的敏感性生物指標[12]。Cr+6對產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H、Huv菌及產(chǎn)堿菌屬Alcaligenessp.H與Huv混合菌降解精噁唑禾草靈均產(chǎn)生了抑制作用，尤其降解初期Cr+6對細菌的抑制作用更強，降解速率很小，隨著細菌對其的適應，降解速率逐漸增大。這是因為，重金屬（Cr+6）作為蛋白質(zhì)的沉淀劑，可以與細菌酶的-SH基結(jié)合，使酶失活，或與菌體蛋白結(jié)合，使之變性或沉淀。5.致謝本研究得到國家自然科學基金項目資助（20277001）參考文獻1.Pemberton,J.M.,Wynne,E.C.Geneticengineeringandbiologicaldetoxification/degradationofinsecticides,ininsecticideMicrobiology,ed.ByR.Lal.1984,P147-1682.GuenziW.D.PesticidesinsoilandWater.Soilsci.Soc.Amer.Inc.Publisher,Madison,Wiscosin,1974,P133-1513農(nóng)藥部農(nóng)藥檢定所主編，新編農(nóng)藥手冊（續(xù)集）,北京：農(nóng)業(yè)科學出版社出版，1998,P362-3634張宗儉，耿賀利.惡唑禾草靈與闊葉雜草防除劑的混用藥效研究.農(nóng)藥,1997.36（8）：40-435韓熹萊主編,農(nóng)藥概論.北京：北京農(nóng)業(yè)大學出版社出版.,1995年第1版，P84-926梁治平,宗志娟,李金華編.功能性表面活性劑.北京：中國輕工出版社.2000,P1-167張麗芳，姜承志，李東輝.表面活性劑對不同石油降解菌除油影響的研究.沈陽工業(yè)學院學報，2001（4）：80-848ShonallLaha,RichardGLuthy.Inhibitionofphenananthrenemineralizationbynonionicsurfactantsinsoil-watersysterms[J].EnvironSciTechno,1991,25(11):1920-19299BrookesPC,McGrathSP.Effectsofmetaltoxicityonthesizeofthesoilmicrobialbiomass[J].JournalofSoilScience,1984,35:341-34610JordanMJ,LeChevalierMP.Effectsofzinc—smelteremissiononforestsoilmicroflora[J].CanadaJournalofMicrobiology,1975,21:1855-186511PennanenTA,FrostgardHFritze,BaathE.Phospholioidfattyacidcompositionandheavymetaltoleranceofsoilmicrobialcommunitiesalongtwoheavymetalpollutedgradientsinconiferousforest[J].AppliedEnvironmetalandMicrobiology,1996,62:420-42812孫波，趙其國.土壤質(zhì)量評價的生物學指標[Ｊ].土壤,1997,29(5):225—234BiodegradationResearchonFenoxaprop-p-ethylCombinedPollutionsystemAbstract:Combinedpollutionsystemiscomplexthansingle-polutionsystem,andmoreandmoreattentionisfocusingonit.Inthispaper,wediscussthecombinedpollutionsystemwhichwasconsistofChlorothalonil,dode