苄嘧磺隆中间代谢产物降解菌株的分离与特性研究开题报告

磺酰脲类除草剂是一类由磺酰脲桥将芳香环和杂环相连的有机物，最早被开发用作除草剂的氯磺隆在20世纪70年代就由美国杜邦公司报导了其除草活力，随后越来越多的磺酰脲类除草剂正式商品化。部分磺酰脲类除草剂虽然对禾本科植物的生长也有抑制作用。以其具有高选择性，对阔叶杂草具高效抑活力，以及对哺乳动物低毒性等优点被广泛利用。苄嘧磺隆是一种高效的磺酰脲类除草剂，经过植物的内吸传导后，作用于植物体内的乙酰乳酸合成酶(ALS)，可有效抑制支链氨基酸Val, Leu, Ile的生物合成，导致底物积累，阻碍细胞分裂间期DNA的合成，从而抑制植株生长，适用于稻田和麦田等的防除阔叶杂草和莎草^[7]。孙兰兰等研究了苄嘧磺隆土壤残留对玉米、花生、大豆、黄瓜四种作物的药害，发现除大豆外的三种作物均较为敏感，且对根长影响较大^[6]。

苄嘧磺隆的生物降解是解决其残留的重要手段，目前已有许多关于苄嘧磺隆初步降解的研究，但对其中间产物的毒害及继续降解的研究仍较少。Lu等报导了芳环水解去酯化是磺酰脲除草剂降解菌Ancylobacter sp.XJ-412-1降解甲磺隆、噻吩磺隆、苄嘧磺隆的首要代谢反应^[8]。李阳阳分离到的菌株BSM-1降解苄嘧磺隆，首先也是通过酯键的断裂将苄嘧磺隆转化为苄磺酸，苄磺酸又通过脲桥的断裂转化为邻甲酸苄基磺胺和2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶（ADMP），然后邻甲酸苄基磺胺进一步断裂碳-硫键，脱去磺胺部分，剩余的芳环部分发生环化^[5]。Zhang 等分离得到1株可高效降解烟嘧磺隆的细菌粘质沙雷氏菌 Serratia marcescens N80，并确定其对烟嘧磺隆的降解是通过破坏磺酰脲桥实现的^[11]。

而微生物降解除草剂多是通过共代谢完成，不同于矿化作用完全将之转化为无机物，单一菌系对底物的降解往往并不完全，会产生各种不同的中间产物，而且容易产物积累造成毒害。目前共报道了14种烟嘧磺隆的微生物降解产物，其中N,N-二甲基-2-氨基磺酰基-3-吡啶甲酰胺和2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶为主要产物^[2]。

代鹏飞的研究表明，假单胞菌属(P)菌株对烟嘧磺隆的降解主要是使其磺酰脲桥断裂，生成2种降解产物：2-氨基-4,6二甲氧基嘧啶和3-(二甲基烟酰胺)吡啶-2-基磺酰胺基甲酸^[9]。齐萌等从烟嘧磺隆生产厂污水处理池中分离到 1 株可高效降解烟嘧磺隆的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，并检测到2种降解产物^[10]。赵卫松检测到了粪产碱杆菌 Alcaligenes faecalis ZWS11 菌株对烟嘧磺隆的 4 个降解产物，其中产物 4,6-二羟基嘧啶为首次报道^[12]。Carles等从烟嘧磺隆处理过的农业土壤中分离得到1株荧光假单胞菌 SG-1，发现该菌株能有效降解烟嘧磺隆，共鉴定出4种降解产物，其中2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶为主要产物，并首次研究了该降解产物的毒性, 发现2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶对水体中荧光细菌——费希尔弧菌的毒性比母体烟嘧磺隆高了约20^[1]；党晶晶等则参照了“化学农药环境安全评价试验准则”方法，分别测定了烟嘧磺隆和主要降解产物 2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶对斑马鱼、大型溞和斜生栅列藻 3 种水生生物的急性毒性，根据毒性分级标准，烟嘧磺隆的毒性等级为“中毒”，降解产物为“低毒”，且降解产物毒性明显低于烟嘧磺隆，两者相差6倍以上^[2]，与Carles^[1]的发现存在较大不同。可见, 中间代谢产物也存在一定药害且对不同生物的敏感性差异较大，对生产生活和人体健康存在威胁。

Ha DanhDuc等分离出一株红球菌属(Methylopila sp. )苄嘧磺隆降解菌DKT，在以苄嘧磺隆为唯一碳源时降解效率较低，然而硫酸铵的加入能大大提高降解率；且发现其同时能利用苄嘧磺隆的主要初步降解产物2-氨基-4,6-二甲氧基嘧啶（ADMP）作为唯一碳源，在7 d内降解70%以上该中间产物并释放出NO₃^-和NH₄ ；另外DKT的存在提高了花生的生长水平^[3]。在此例中，硫酸铵不仅能作为作物的肥料，还能提高降解菌的降解效率，同时利用除草剂残留的降解终产物作为氮源，可见对中间产物降解菌降解特性的研究，不仅能帮助解除药害还可能在一定程度上变废为宝。