降解毒死蜱高效菌株台湾嗜铜菌在土壤中迁移动态特征及降解活性调控机制

Soil is the fate of insecticides after application, and the residual insecticides in soil not only directly pollute the environment, also severely influence the agricultural products safety. The insecticide chlorpyrifos, being used in large scale in China, and the Cupriavidus taiwanensis strain with high degradation ability will be chosen as materials in this study. The gene engineering strain will be constructed with luxAB, the expression intensity of degrading gene oph will be determined with QRT-PCR, and the interface effects of degrading strain and soil granule will be detected with FISH technique. The migration zone in soil, the restrict factors and their dynamic characteristics of the test strain will be studied. The migration pattern of the stain in soil will be reveled, the numeric trajectory model of the strain will be constructed, and the mechanisms of migration and degrading activity regulations of the strain will be explored. This study will theoretically reveal the dynamic migration pattern and in situ bioremediation zone of exogenous high degrading strain, enrich the environmental toxicology theory, and provide base for the release of the original strain for degradation. Practically this study will provide the theory for the strengthening of in situ bioremediation of soil polluted with pesticides and the guarantee of safety of agricultural products.

土壤是杀虫剂使用后的归宿地，存储在土壤中的残留农药不仅对土壤环境产生直接污染，而且对农产品质量安全构成严重影响。本项目选择我国农业生产中高频、大量使用的杀虫剂毒死蜱为对象，以筛选得到能够高效降解毒死蜱的降解菌株台湾嗜铜菌为材料，采用luxAB基因标记技术构建出基因标记菌株、QRT-PCR技术测定降解菌降解基因表达强度、FISH技术测定降解菌株与土壤颗粒表面的界面效应。阐明降解菌株在土壤中的移动区域、制约因子及其动态特征；揭示降解菌株在土壤中的移动规律；构建降解菌株在土壤中运动轨迹的数值表征模型；探索外源高效降解菌在土壤中移动和调控促进降解活性的机制。研究结果在理论上，揭示外源高效降解农药菌株在土壤中的迁移动态规律与原位生物修复区域，丰富农药环境毒理学理论，并为土壤中释放原始出发降解菌株提供依据；在实际应用上，为被毒死蜱等农药污染土壤的原位生物强化修复、保障农产品质量安全技术提供理论指导。

残留农药不仅对土壤环境产生直接污染危害，而且对农产品质量安全构成严重影响。选择农业生产中大量使用的杀虫剂毒死蜱为对象，以课题组筛选得到的高效降解毒死蜱及其代谢物（TCP）的降解菌株Cupriavidus nantongensis X1T（新种）为材料，采用luxAB基因标记技术构建了能在Cupriavidus nantongensis X1T中稳定遗传与表达的标记质粒pTR102-LuxAB，pTR102-GFP，构建出基因标记菌株；通过对降解菌株进行全基因测序，得到完整的降解基因簇，利用RT-qPCR技术测定了降解基因的表达强度；进行了luxAB标记菌株在土壤中垂直与水平移动特性及其制约因子，标记菌株在土壤移动过程中的降解活性追踪与评价以及标记菌株在土壤中迁移动态特征研究；探讨了不同粒径土壤颗粒对标记菌株的吸附机理，分析了影响降解菌株移动的主要制约因子；构建了表征降解菌株运动轨迹的微分动力学耦合模型，初步揭示了降解菌株在土壤中的移动规律；并且从分子水平上探索了降解菌株调控降解毒死蜱及其代谢物（TCP）的代谢途径与作用机制。首次测定了降解菌株Cupriavidus nantongensis X1T（新种）的全基因组序列，得出tcpA基因与fre基因是X1菌株降解TCP的关键基因；发现一个全新的代谢产物（3,6-二氯-2,5-二羟基吡啶），得出TCP在X1菌株中的代谢是分步脱氯过程；研究获得木糖、果糖、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸、谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸等8种番茄根系含量高的分泌物中，木糖能抑制标记菌株的降解活性，其余7种根系分泌物均能促进标记菌株的降解活性，谷氨酸和苹果酸对标记菌株降解活性的促进效果最为显著。研究结果在理论上揭示了外源高效农药降解菌在土壤中的迁移动态规律与原位生物修复区域，为应用释放原始出发降解菌株原位生物强化修复农药污染提供了理论支持。