内生菌定殖水稻强化稻田土壤中毒死蜱修复过程的作用机制

The use of pesticides guarantees the supply of food for people globally; meanwhile, concerns have been raised about pesticides pollution on food and ecology. Remediation of pesticide residues in agricultural soil is crucial to ensure food safety and environment safety. In our previous study, we found that Stenotrophomonas sp. RSB inoculation of rice enhanced chlorpyrifos degradation in rice plant, rice and paddy soil. Herein, we have planned to study the mechanism of enhanced remediation of chlorpyrifos from paddy soil with the endophyte inoculation of rice. First, the effects of rice biomass and root exudates change on the degradation of chlorpyrifos will be carried out; second, to identify the chlorpyrifos degradation gene in Stenotrophomonas sp. RSB, and then design the primers based on the target gene, amplify chlorpyrifos degradation gene from soil, and analyze the possibility and effects of horizontal gene transfer in the process of chlorpyrifos degradation. The results will provide theoretical foundations for the use of endophyte to enhance the remediation of pesticide residues in paddy soil, and offer a new perspective on remediation of pesticide residues in farmland.

农药的使用保障了全球人口的粮食供应，但与此同时，农药污染带来的食品安全和生态安全问题也引起了人们的极大关注。修复农田土壤中农药残留，对保障食品和环境安全有着非常重要的意义。课题组前期的研究发现,内生菌Stenotrophomonas sp. RSB定殖到水稻之后，可以明显的降低水稻植株、稻米和土壤中的毒死蜱浓度。该项目拟在此基础上，研究内生菌定殖水稻强化水稻土壤中毒死蜱代谢的作用机制。主要包括以下两部分，首先，分析内生菌定殖后水稻生物量和根系分泌物的变化对土壤中毒死蜱代谢的影响；其次，对内生菌Stenotrophomonas sp. RSB中的毒死蜱降解基因进行鉴定，根据目的基因设计引物，对土嚷中毒死蜱降解基因进行扩增，并与目的基因进行同源比对，研究内生菌通过基因水平转移促进土壤中毒死蜱的降解的可能性。结果将为内生菌在稻田系统中修复农药残留提供理论依据，为农田农药残留修复提供新思。

毒死蜱是稻田常用药之一，在防治水稻虫害方面有重要的作用。毒死蜱的广泛使用，导致其在土壤、雨水、地下水中均能被检测到。毒死蜱在农田土壤及水体中的残留会对地表水和地下水造成潜在的危害。团队前期研究发现，将具有毒死蜱降解功能的内生菌接种到水稻中，能显著降低水稻、稻米及种植体系土壤中毒死蜱的浓度，该项目在此基础上，利用生物学、代谢组学等技术，初步揭示了这一现象背后的机制。以其中一株具毒死蜱降解功能的芽孢杆菌内生菌为例，从接菌对水稻生理的影响、对水稻降解酶系的影响、对水稻根系分泌物影响以及对根际微生物功能的影响等方面，研究了内生菌定殖水稻后促进土壤中毒死蜱降解的作用机制。.研究结果表明：.（1）内生菌含有毒死蜱降解基因opd，其编码的有机磷降解酶能与毒死蜱结合，利用E. coli BL21(DE3)异源表达该opd基因后，对毒死蜱降解率为58.4%，说明该菌株自身能降解毒死蜱，接种水稻后能增强体系的毒死蜱的降解能力；.（2）内生菌能产生IAA、具有解磷功能和固氮能力，其定殖能有效促进水稻生长，接菌水稻株高、鲜重和叶绿素含量均增加，对毒死蜱浓度起到一定稀释作用，同时提高了水稻对土壤中毒死蜱的吸收降解能力； .（3）内生菌定殖显著提高了水稻SOD、 POD、APX、GR、CAT、PAL等抗氧化酶系和GST、P450解毒酶系活性，通过相关性分析发现，这些酶系活性与水稻中毒死蜱浓度存在负相关，说明内生菌定殖提高了水稻自身的解毒能力；.（4）内生菌定殖显著改变了水稻根系分泌物的组成，其中脯氨酸、精氨酸、甘氨酸等氨基酸及琥珀酸和奎宁酸对多株有益菌起到趋化招募作用，进一步促进了对土壤中毒死蜱的降解；.（5）内生菌定殖显著的减轻了毒死蜱胁迫对根际微生物群落的扰动，提高了群落的稳定性；发现具有毒死蜱降解功能的假单胞菌属和鞘氨醇单胞菌属丰度在水稻根际微生物群落中占绝对优势，且与多种菌属之间存在较强的相关性。功能预测结果表明，内生菌定殖极大的提高了根际微生物群落对有机化合物的降解能力。.