降解莠去津木霉筛选鉴定及其降解条件优化

Screening and identification of atrazine-degrading trichoderma strains and optimization of degradation conditions

摘要

使用莠去津为唯一碳氮源的无机盐培养基，从 10 株木霉中筛选出一株莠去津降解能力最强的木霉菌株 HN154；根据菌株 HN154 的菌落形态、分生孢子等形态学特征以及 ITS 与 RPB2 基因序列分析结果，将 HN154 鉴定为 Trichoderma lentiforme。通过对降解条件优化发现，以无机盐培养基为基础培养基，当葡萄糖浓度为 10 g·L⁻¹、pH7、培养温度 25 ℃ 和 HN154 接种量为 1% 时 HN154 降解莠去津效率最佳，降解率可达 87.79%。通过响应面法优化后的最佳培养条件为葡萄糖质量浓度 5.24 g·L⁻¹、pH7.78、接种量 0.77%、温度 25.5 ℃，木霉菌株 HN154 的降解率可达到 89.02%。本研究结果为高效降解莠去津提供了菌株资源和技术支撑，也为探究微生物降解农药残留提供重要参考。

Abstract

The inorganic salt medium with atrazine as the sole carbon and nitrogen source was used to screen a Trichoderma strain with the best growth performance among 10 Trichoderma strains, and the Trichoderma strain HN154 was selected. The degradation test of atrazine demonstrated that this strain had a high ability to degrade atrazine. Strain HN154 was identified as Trichoderma lentiforme based on morphological characteristics and ITS/RPB2 gene sequence analysis. Optimization of atrazine degradation conditions showed that the atrazine degradation rate was as high as 87.79% when cultured in inorganic salt medium with 10 g·L⁻¹ glucose, pH7, 25 ℃, and 1% inoculum. Response surface optimization further improved degradation to 89.02% under the conditions of 5.24 g·L⁻¹ glucose, pH7.78, 0.77% inoculum, and 25.5 ℃. This study provides microbial resources and technical support for efficient atrazine degradation, offering insights into degradation of microbial pesticide residues.

关键词

莠去津 / 木霉 / 响应面法 / 农药残留降解 / 除草剂

Key words

atrazine / Trichoderma / response surface method / degradation of pesticide residues / weedicide

参考文献

[1] 司友斌, 孟雪梅. 除草剂阿特拉津的环境行为及其生态修复研究进展[J]. 安徽农业大学学报, 2007, 34（3）: 451-455. https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-352X.2007.03.028

[2] 李清波, 黄国宏, 刘孝义, 等. 阿特拉津薄层层析检测方法[J]. 沈阳农业大学学报, 2002, 33（2）: 112-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1700.2002.02.010

[3] 李红梅, 张新建, 李纪顺. 阿特拉津降解菌 SD41 的分离鉴定及土壤修复[J]. 环境科学与技术, 2014（4）: 38-41.

[4] Si youbin, Meng Xuemei. Advance in environmental fate and ecological remediation of the herbicide atrazine[J]. Journal of Anhui Agricultural University, 2007, 34(3): 451-455.

[5] Jablonowski N D, Schsffer A, Burauel P. Still present after all these years: persistence plus potential toxicity raise questions about the of atrazine[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2011, 18(2): 328-331. https://doi.org/10.1007/s11356-010-0431-y

[6] 孟顺龙, 胡庚东, 瞿建宏, 等. 阿特拉津在水环境中的残留及其毒理效应研究进展[J]. 环境污染与防治, 2009, 31（6）: 64-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3865.2009.06.018

[7] 吕德滋, 李洪杰, 李香菊, 等. 冬小麦对除草剂莠去津反应敏感性及其遗传控制[J]. 华北农学报, 2000, 15（3）: 55-60. https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-7091.2000.03.012

[8] 陈家长, 孟顺龙, 胡庚东, 等. 阿特拉津对雄性鲫鱼血清雌二醇含量的影响[J]. 生态学杂志, 2007, 26（7）: 1068-1073. https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-4890.2007.07.019

[9] 张晓君, 马晓国, 彭俊标, 等. 环境样品中阿特拉津的检测方法研究进展[J]. 理化检验(化学分册), 2017, 53（1）: 119-124.

[10] Jones T, Kemp W, Stevenson J, et al. Degradation of atrazine in estuarine water/sediment system sand soils[J]. Journal of Environmental Quality, 1982, 11(4): 632-638.

[11] Graymore M, Stagnitti F, Allinson G. Impacts of atrazine in aquatic ecosystems[J]. Environment International, 2001, 26(7/8): 483-495.

[12] Hopenhayn RC, Stump ML, Browning S R. Regional assessment of atrazine exposure and incidence of breast and ovarian cancers in Kentucky[J]. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2002, 42(1): 127-136. https://doi.org/10.1007/s002440010300

[13] 万年升, 顾继东, 段舜山. 阿特拉津生态毒性与生物降解的研究[J]. 环境科学学报, 2006, 26（4）: 552-560. https://doi.org/10.3321/j.issn:0253-2468.2006.04.003

[14] Ram behki , Edward topp , Warren dick , et al. Metabolism of the herbicide atrazine by Rhodococcus strains[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1993, 59: 1955-1959. https://doi.org/10.1128/aem.59.6.1955-1959.1993

[15] Behki R M, Khan S. Degradation of atrazine, propazine, and simazine by Rhodococcus strain B-30[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1994, 42: 1237-1241. https://doi.org/10.1021/jf00041a036

[16] Mark radosevich , Samuel traina , Yueli hao , et al. Degradation and mineralization of atrazine by a soil bacterial isolate[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1995, 61: 297-302. https://doi.org/10.1128/aem.61.1.297-302.1995

[17] 叶常明, 王杏君, 弓爱君, 等. 阿特拉津在土壤中的生物降解研究[J]. 环境化学, 2000, 19（4）: 300-305. https://doi.org/10.3321/j.issn:0254-6108.2000.04.002

[18] Giardina M C , M T Giardi , R Buffone. Soil enrichment studies with atrazine: Long term atrazine effects on degradation and microbiological composition[J]. Chemosphere, 1979, 11: 831-834.

[19] 虞云龙, 樊德方, 陈鹤鑫. 农药微生物降解的研究现状与发展策略[J]. 环境科学进展, 1996, 4（3）: 28-36.

[20] 李清波, 黄国宏, 王颜红, 等. 阿特拉津生态风险及其检测和修复技术研究进展[J]. 应用生态学报, 2002, 13（5）: 625-628. https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-9332.2002.05.026

[21] 田连生, 陈菲. 木霉对多菌灵的生物降解特性研究[J]. 土壤学报, 2009, 46（6）: 1127-1131. https://doi.org/10.3321/j.issn:0564-3929.2009.06.022

[22] 孙佳楠, 张泰龙, 陈硕闻, 等. 深绿木霉(Trichoderma atroviride)T23 降解有机磷农药敌敌畏转运蛋白 TaPdr2 基因的克隆与功能预测分析[J]. 上海交通大学学报(农业科学版), 2016, 34（6）: 46-62.

[23] 王素娜, 梁兵兵, 杨瑞秀, 等. 莠去津及烟嘧磺隆残留土壤修复技术初探[C]// 中国植物保护学会. 植保科技创新与农业精准扶贫：中国植物保护学会 2016 年学术年会论文集. 2016: 16-15.

[24] 祁金玉, 宋瑞清, 尹大川, 等. 木霉对阿特拉津的耐受性及酶活响应[J]. 土壤通报, 2019, 50（3）: 649-654.

[25] Zhang T, Tang J, Sun J, et al. Hex1-related transcriptome of Trichoderma atroviride reveals expression patterns of ABC transporters associated with tolerance to dichlorvos.[J]. Biotechnology letters, 2015, 37(7): 1421-1429. https://doi.org/10.1007/s10529-015-1806-4

[26] 孙佳楠. 深绿木霉 T23 对敌敌畏的降解特性及机制[D]. 上海: 上海交通大学, 2020.

[27] 陈宸, 沙鹏飞, 江学, 等. 金森女贞叶斑病病原物的鉴定、生物学特性及防治药剂筛选[J]. 植物病理学报, 2024, 54（1）: 36-48.

[28] 朱云鹏. 毒死蜱、莠去津降解菌的筛选与鉴定[D]. 泰安: 山东农业大学, 2021.

[29] 李琳, 张雅梅, 张祥辉, 等. 生防棘孢木霉 T31 菌株的分离筛选及其生物学特性[J]. 植物保护学报, 2014, 41（1）: 54-60。

[30] 邓霞婵, 黄朵, 陶勇, 等. 高产乙酸乙酯酵母菌的筛选鉴定及发酵条件优化[J]. 中国酿造, 2024, 43（10）: 134-141. https://doi.org/10.11882/j.issn.0254-5071.2024.10.019

[31] 周清丽, 周绍琴, 周艳. 自然发酵猕猴桃果酒中降苹果酸酵母的筛选与鉴定[J]. 中国酿造, 2023, 42（12）: 76-80. https://doi.org/10.11882/j.issn.0254-5071.2023.12.012

[32] 耿凯伟, 李克克, 王俊峰, 等. 响应面法优化玉米赤霉烯酮降解菌及其硫酯酶的发酵工艺[J]. 饲料工业, 2023, 44（13）: 21-30.

[33] 王珊珊, 吴昊, 司月阳, 等. 响应面法优化甘蔗菠萝复合型果酒的酿造工艺[J]. 中国酿造, 2019, 38（9）: 80-85. https://doi.org/10.11882/j.issn.0254-5071.2019.09.016

[34] 王辉, 赵春燕, 李宝明, 等. 微生物降解阿特拉津的研究进展[J]. 土壤通报, 2005, 36（5）: 153-156.

[35] 毛应明, 蒋新, 王正萍, 等. 阿特拉津在土壤中的环境行为研究进展[J]. 环境污染治理技术与设备, 2004（12）: 11-15.

[36] 蔡宝立, 黄今勇. 除草剂阿特拉津生物降解研究进展[J]. 生物工程进展, 1999, 19（3）: 7-11.

[37] 刘宏生, 姜薇, 宋雅娜, 等. 莠去津高效降解菌的筛选及鉴定[J]. 辽宁工程技术大学学报, 2009, 28（1）: 145-148.

[38] 牛东东, 冯振群, 翟清云, 等. 哈茨木霉菌对灰葡萄孢菌生长的抑制及培养基优化研究[J]. 现代农业科技, 2017（14）: 98-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-5739.2017.14.065

[39] 李梅云, 谭丽华, 方敦煌, 等. 哈茨木霉的培养及其对烟草疫霉生长的抑制研究[J]. 微生物学通报, 2006（6）: 79-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-2654.2006.06.016

[40] 台莲梅, 高俊峰, 张亚玲, 等. 拮抗长枝木霉 T115D 菌株发酵条件[J]. 江苏农业科学, 2013, 41（10）: 333-334. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-1302.2013.10.123

[41] 高雪丽, 吴坚平, 徐刚, 等. 侧钩木霉的分离、鉴定及产孢条件优化[J]. 中国生物工程杂志, 2014, 34（2）: 84-92.

[42] 袁辉林. 植物促生菌培养优化及作用机理研究[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2011.

[43] 葛青, 章亭洲, 王腾浩, 等. 高产纤维素酶里氏木霉菌株诱变选育及其发酵条件优化[J]. 饲料博览, 2019, 326（6）: 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-0084.2019.06.001

[44] 李珊, 詹晓北, 郑志永, 等. 哈茨木霉产 β-1, 3-葡聚糖内切酶的发酵工艺条件研究[J]. 工业微生物, 2015, 45（2）: 39-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-6678.2015.02.007

[45] 闫峰, 徐凤花, 顾金刚, 等. 木霉属真菌的生物降解及生物转化作用研究进展[J]. 微生物学杂志, 2009, 29（3）: 77-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-7021.2009.03.016

[46] 张家麟, 柯涛, 王曦, 等. 哈茨木霉产纤维素酶菌株筛选及培养基优化[J]. 生物技术, 2019, 29（6）: 566-572.

[47] 李洋. 纤维素酶产生菌的筛选及产酶条件优化[D]. 大连: 大连理工大学, 2015.

[48] Lotfy W A, Ghanem K M, El-helow E R. Citric acid production by a novel Aspergillus niger isolate: Ⅱ. Optimization of process parameters through statistical experimental designs[J]. Bioresource technology, 2007, 98: 3470-3477. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.11.032

[49] 袁辉林, 康丽华, 马海滨. 响应曲面法及其在微生物发酵工艺优化中的应用[J]. 安徽农业科学, 2011, 39（16）: 9498-9500. https://doi.org/10.3969/j.issn.0517-6611.2011.16.012

[50] 陈晨, 钱林, 于稳欠, 等. 利用响应面分析法优化深绿木霉 Tr16 液体发酵产孢培养基研究[J]. 安徽农业科学, 2020, 48（10）: 117-120. https://doi.org/10.3969/j.issn.0517-6611.2020.10.031

[51] 周金雨, 庞雪辉, 吴桐, 等. 响应面法优化植物乳杆菌高密度发酵参数[J]. 食品工业科技, 2016, 37（14）: 206-209.

[52] 黄艺, 赵曦, 敖晓兰. 4 种外生菌根真菌对滴滴涕的耐受性及生理响应[J]. 环境科学研究, 2006, 19（4）: 36-41. https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-6929.2006.04.007

基金资助

南繁与热带高效农业协同创新中心基金(XTCX2022NYB12)

海南省科技人才创新基金(KJRC2023C42)