咪唑乙烟酸微生物降解和受其污染土壤生物修复机制的研究

Mazethapyr is one of the most widely used herbicides in northern China. Long-term residuals of imazethapyr has phytotoxic effects on the succeeding crops, putting human health and natural environment in danger. Its pollution prevention and control have attracted wide attention from the academia and the public. In the northeast frigid black-soil regions, taking soil samples to separate and screen microbial strains which can degrade imazethapyr, we expect to thoroughly reveal how microbial strains degrade imazethapyr and repair imazethapyr -contaminated soil.The goals include finding the the pathway and metabolites of microbial strains degrading imazethapyr, revealing the mechanism of imazethapyr degradation (including molecular mechanism), and the imazethapyr degradation gene cloning and their activaties analysis,etc. Most importantly, we expect to obtain high performance microbial strains for imazethapyr-contaminated soil bioremediation, which will have practical significance for controlling farmland pollution and food security production, ecological environment protection, and promotion of the economic development of Heilongjiang province. Furthermore, cloning imazethapyr degradation genes will provide a basis for the genetic engineering of microbial strains for imazethapyr degradation enzyme agent production.

咪唑乙烟酸是我国大量使用的除草剂之一，因其残留期较长，对后茬作物产生药害，对人类健康及自然环境构成一定的威胁，已经引起学术界和公众对其广泛的关注。本项目在东北寒地黑土区域广泛采取土壤样品，筛选、分离对咪唑乙烟酸有降解作用的微生物菌株,从高效咪唑乙烟酸降解微生物菌株筛选、微生物对咪唑乙烟酸降解效能的评价、微生物对咪唑乙烟酸降解途径及代谢产物、咪唑乙烟酸降解相关因子分析以及咪唑乙烟酸降解酶基因克隆和功能分析等内容开展深入研究，以便揭示咪唑乙烟酸微生物降解和受其污染土壤生物修复机制。预期研究成果可获得对咪唑乙烟酸污染土壤进行高效修复的微生物菌株，并明确咪唑乙烟酸降解的代谢产物，揭示咪唑乙烟酸降解的机制（包括分子机制），这将对控制农田污染、保障粮食生产安全具有重要的现实意义；通过咪唑乙烟酸降解基因的研究，为降解咪唑乙烟酸工程菌株构建及降解酶制剂的研究奠定理论基础。

咪唑乙烟酸是我国大量使用的除草剂之一，其残留期较长，对后茬作物产生药害，对人类健康及自然环境构成一定的威胁，已经引起学术界和公众对其广泛的关注。本项目在东北寒地黑土区域广泛采取土壤样品，筛选、分离对咪唑乙烟酸有降解作用的微生物菌株，从高效咪唑乙烟酸降解微生物菌株筛选、微生物对咪唑乙烟酸降解效能的评价、微生物对咪唑乙烟酸降解途径及代谢产物、咪唑乙烟酸降解相关因子分析以及咪唑乙烟酸降解酶基因克隆和功能分析等内容开展深入研究，以便揭示咪唑乙烟酸微生物降解和受其污染土壤生物修复机制。 现已筛选、分离得到高效菌株3株，结合分子生物学与形态学鉴定，3个菌株分别为：短密木霉（Trichoderma brevicompactum）、粪产碱菌（Alcaligenes faecalis）和粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）。在咪唑乙烟酸初始质量分数100 mg/kg、pH 8、25℃的条件下培养７d的短密木霉降解咪唑乙烟酸的作用最强，降解效率为78.38%；在此条件下，粘质沙雷氏菌培养3 d时，解效率为88.57%。在100 mg/kg、pH 7、30℃的条件下培养2d的粪产碱菌，降解效率为81.57%。以筛选菌株为接种体，以非接种菌株为对照，取保留时间为1.062 min的质谱图进行对比分析，推测出咪唑乙烟酸降解的中间产物为5-乙基-3-甲醛吡啶。对短密木霉进行了转录组测序，分析出对降解咪唑乙烟酸有作用的目的基因7个，并成功克隆得到TriHy1基因，编码256个氨基酸，是疏水蛋白。对重组蛋白G-rTriHy1对咪唑乙烟酸降解效能进行了分析，降解率高达51.22%。对短密木霉进行了蛋白质组测序，蛋白质组共鉴定到4003个蛋白质，差异表达蛋白有353个，184个蛋白上调，169个蛋白下调。完成了蛋白质组与转录组数据的关联分析，关联到24个差异表达基因与蛋白丰度相应变化，其中表达趋势相同有12个基因，同时上调7个，同时下调5个；其中功能已知的基因有2个，分别为TBU1425A和TBU3981A，可作为降解咪唑乙烟酸的候选基因。研究成果获得了对咪唑乙烟酸污染土壤进行高效修复的微生物菌株3个，并明确了咪唑乙烟酸降解的中间代谢产物，揭示了咪唑乙烟酸降解的分子机制，将对控制农田污染、保障粮食生产安全具有重要的现实意义。