1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
一 本课题的意义
我国是农业生产大国,化学农药在农业的高产稳产中起着重要的作用[1]。农药主要分为杀菌剂、杀虫剂和除草剂三大类。除草剂是指可使杂草彻底地或选择地发生枯死的有机或无机化合物。氯乙酰胺类除草剂是我国最常用的除草剂之一,被广泛用于农田化学除草。近年来,酰胺类除草剂的不断开发和应用,给化学除草剂带来了巨大革新,也为农田除草提供了更有效的途径。
乙草胺(acetochlor)是一种选择性芽前酰胺类除草剂,主要应用于大豆、花生、棉花、玉米等农作物中去除禾本科杂草[2]。该除草剂是我国使用最多的3种除草剂之一,虽然为农业生产提供了不少帮助,但是其负作用也是不可忽视的,长期大量施用具有潜在的生态与环境安全问题。
2. 研究的基本内容和问题
一 研究目标
厌氧条件下通过污泥分离出能够降解乙草胺的新菌株,对其降解特性、代谢途径及中间代谢产物进行初步研究,为深入探究乙草胺及其代谢产物的环境行为和生态安全提供理论依据。
二 研究内容
3. 研究的方法与方案
一 研究方法
1、乙草胺厌氧降解活性污泥的富集:
利用自主设计的厌氧装置,富集驯化厌氧的活性污泥
2、乙草胺厌氧降解活性污泥的降解特性研究:
紫外扫描检测法、液相色谱法
3、乙草胺厌氧降解的代谢途径研究:
液相色谱法、质谱分析法
二 技术路线
三 实验方案
1、厌氧发酵装置的设计
图1-2 厌氧发酵装置
2、厌氧装置内降解微生物的驯化
采集生产乙草胺的农药厂污泥,将污泥放置于自主设计的厌氧装置中(污泥和水的比例为1:3),加入厌氧培养基不断驯化以得到微生物高纯富集物。流动式进样,后期加入2 g原药,验证效果。
3、厌氧培养基的配制
在西林瓶中配制厌氧培养基,加入1 mL任天青指示氧气存在,充氮气,灭菌待用。培养基配方(1 L):
| KH2PO4 | 0.27 g | FeSO4·7H2O | 0.2 g |
| K2HPO4 | 0.35 g | MgSO4·7H2O | 0.1 g |
| (NH4)2SO4 | 0.53 g | 微量元素 | 1 mL |
| CaSO4·2H2O | 0.073 g | 1/5R2A培养基 | 0.64 g |
4、乙草胺厌氧降解活性污泥的富集
取厌氧活性污泥放置于厌氧培养基中,制造厌氧环境,加入浓度为100 mg·L-1的乙草胺,设置3个重复和不加污泥的对照试验,富集培养。
5、乙草胺浓度试验
在厌氧培养基中加入不同量的乙草胺原液,使乙草胺浓度为20 mg·L-1、50 mg·L-1、100 mg·L-1、200 mg·L-1,加入3 mL活性污泥富集液,30 ℃培养,定时取样测效果。
6、pH试验
用0.05 mmol·L-1 NaH2PO3-Na2HPO3磷酸缓冲液调节pH为5、6、7、8、9。
配制母液:
甲液:0.05 mol·L-1 NaH2PO3,称NaH2PO3·2H2O 31.2 g溶于1 L水中。
乙液:0.05 mol·L-1 Na2HPO3,称Na2HPO3·12H2O 71.632 g溶于1 L水中。
| pH | 甲液 | 乙液 |
| 6 | 87.7 mL | 12.3 mL |
| 7 | 39 mL | 61 mL |
| 8 | 5.3 mL | 94.7 mL |
| 5 | 取一定量,用H3PO3调节 | |
| 9 | 取一定量,用NaOH调节 |
采用最适乙草胺浓度, pH 5、6、7、8、9,加入3 mL活性污泥富集液,30 ℃培养,定时取样,液相色谱测效果。
7、温度试验
采用最适乙草胺浓度和最适pH,加入3 mL活性污泥富集液,分别于16 ℃、 25 ℃、30 ℃、37 ℃、42 ℃培养,定时取样,液相色谱测效果。
8、代谢产物的测定和代谢途径的推测
取降解后的样品通过乙酸乙酯萃取,萃取后加入甲醇溶解,用高分辨质谱测定代谢物,初步推测代谢途径。
四 可行性分析
本实验室长期从事环境污染物的微生物种质资源筛选、降解途径、降解机理生物修复机制等方面的研究,积累了丰富的微生物生理学、遗传学、酶学及分子生物学研究方面的经验。此外,研究条件优越。实验室所依托的“生物转化与生物净化”教育部工程研究中心和浙江省大气环境保护科技创新服务平台,这些能为本项目的实施提供硬件方面的保证。
4. 研究创新点
目前国内外已报道的厌氧条件下乙草胺降解菌株较少,且对该条件下微生物降解乙草胺的代谢过程和生物学机制缺乏深入的研究。
本实验尝试探究乙草胺厌氧微生物降解,并研究其降解特性及生理特性。
5. 研究计划与进展
