CN114276954B - 一株发根农杆菌菌株at13及其应用 - Google Patents

一株发根农杆菌菌株at13及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于农药污染治理技术领域,涉及一株发根农杆菌菌株AT13及其应用。本发明从农田土壤中分离筛选获得一株发根农杆菌菌株AT13,该菌株于2021年9月23日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,保藏编号为GDMCC No:61943。该菌株对莠去津、特丁津等三嗪类农药的生物降解效果显著,降解效率高,降解性能稳定,在培养24h后对100mg/L的莠去津降解率达99%以上,并可耐受较高浓度三嗪类农药,可用于莠去津等三嗪类除草剂污染的水体、土壤等污染环境的生物修复,本发明为打破现有治理农药残留污染瓶颈提供了新的开发途径,丰富了农药降解菌的种质资源库,应用前景广阔。

Description

一株发根农杆菌菌株AT13及其应用
技术领域
本发明属于农药污染治理技术领域,具体涉及一株发根农杆菌菌株AT13及其应用。
背景技术
三嗪类农药包括莠去津、莠灭净、特丁津、扑草净等,莠去津是一种内吸选择型苗前、苗后三嗪类除草剂,常用于控制玉米、甘蔗、高粱等作物田间的阔叶杂草和禾本科杂草,对部分多年生杂草也具有一定的抑制作用。中国于上世纪八十年代初开始使用莠去津,2016年,中国成为莠去津全球使用量第二大国家,国内销售额为1.00亿美元,占莠去津全球市场的17.8%。莠去津结构稳定、不易分解,在水中具有较高的溶解度和流动性,可通过淋溶或径流的方式进入地表水或地下水。因此,在许多国家的地表水、地下水和沉积物中莠去津的检出率明显高于其他农药。1991年,德国因莠去津在地表水和饮用水中的浓度超过限定阈值而对其禁用,研究者检测发现自1991年德国禁用莠去津后的20年内,其地下水中莠去津的浓度几乎没有变化。大量研究表明,莠去津对环境甚至人类健康具有潜在的威胁。
在20世纪80年代,莠去津被归类为“可能的人类致癌物”,对人类健康具有潜在威胁。近年来,其毒性作用得到了广泛的研究。研究发现,人体即使是单次暴露在峰值浓度中,生殖器官亦可能会发生癌变并引起孕期胎儿的健康问题。除此之外,该药剂的使用还会导致人体内分泌紊乱、流产等先天性残疾和出生体重不足等问题。因此,如何消除环境中的莠去津农药残留已成为科研工作者亟待解决的具有重大经济和社会意义的科研命题。
生物修复技术是一种利用微生物或其他生物将环境中的有害污染物降解为无机小分子化合物的新兴技术,具有高效、安全、无残留、无二次污染等优点,逐渐成为治理农药残留污染的最佳选择方案。现有技术中,利用微生物菌剂降解残留农药的研究也越来越多,关于利用微生物菌剂降解莠去津等三嗪类农药的研究也有不少,比如,中国发明专利公开一种用于降解三嗪类除草剂的菌剂,所述菌剂是以海藻酸钠、聚乙烯醇交联产物为载体,包埋白色杆菌(Leucobacter sp.)JW-1制成;中国发明专利还公开了一株莠去津降解菌株Methylopila sp.Y6X 2;但是,微生物对农药的矿化能力和降解性能不稳定,现有的降解菌资源库远远不能满足化学农药残留污染生物降解的实际需求。而且菌株作为纯培养体,个体的特异性比较强,受环境的影响较大。不断挖掘、探索新的、防治效果更好的降解残留农药的微生物资源十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中三嗪类农药残留生物降解方式的不足,提供一株发根农杆菌菌株AT13及其应用。该AT13菌株分离自来源于广西南宁市郊区农田土壤,对莠去津、特丁津等三嗪类农药具有高效快速的降解效能,可作为优良的生物降解菌应用于莠去津等三嗪类农药污染的生物修复。
本发明的目的在于提供一株高效降解三嗪类除草剂的发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)菌株AT13。
本发明的目的还在于提供发根农杆菌菌株AT13在降解三嗪类农药的应用和/或修复自然环境的三嗪类农药残留污染方面的应用。
本发明的目的还在于提供发根农杆菌菌株AT13在制备降解三嗪类农药的制剂和/或制备修复自然环境的三嗪类农药残留污染的制剂方面应用。
本发明的目的还在于提供一种降解三嗪类农药的制剂。
本发明的目的还在于提供所述制剂在降解三嗪类农药方面的应用和/或修复自然环境的三嗪类农药残留污染方面的应用。
本发明的目的还在于提供所述制剂在制备降解三嗪类农药的制剂和/或制备修复自然环境的三嗪类农药残留污染的制剂方面应用。
一种修复自然环境的三嗪类农药残留污染和/或降解三嗪类农药的方法也在本发明保护范围之内。
本发明的上述目的通过以下技术手段实现:
本发明研究发现,发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)对三嗪类农药具有较好的降解作用,并筛选得到一株高效降解菌株,即发根农杆菌(Agrobacteriumrhizogenes)菌株AT13,于2021年9月23日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,保藏编号为GDMCC No:61943,保藏地址是广东省广州市先烈中路100号大院59号楼5楼。
本发明的发根农杆菌菌株AT13来源于广西南宁市郊区农田土壤,经人工富集培养、分离纯化得到。该菌株AT13对莠去津、特丁津等三嗪类农药具有高效快速的降解效能,在培养24h后对100mg/L的莠去津降解率达99%以上,该菌株AT13可以作为优良的生物降解菌应用于莠去津等三嗪类农药污染的生物修复。
因此,以下所述应用均在本发明保护范围之内。
所述发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)在降解三嗪类农药和/或制备降解三嗪类农药的制剂方面的应用。所述发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)在修复自然环境的三嗪类农药残留污染和/或制备修复自然环境的三嗪类农药残留污染的制剂方面的应用。
优选地,所述三嗪类农药为莠去津和/或特丁津。
进一步优选地,所述三嗪类农药为莠去津。
优选地,所述自然环境为水体和/或土壤。
优选地,所述发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)为发根农杆菌菌株AT13,所述发根农杆菌菌株AT13于2021年9月23日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,保藏编号为GDMCC No:61943,保藏地址是广东省广州市先烈中路100号大院59号楼5楼。
一种降解三嗪类农药的制剂,含有上述任一所述应用中的发根农杆菌,也在本发明保护范围之内。
优选地,所述制剂包含上述任一所述应用中的发根农杆菌的菌体和/或菌液。
所述制剂在降解三嗪类农药方面的应用也在本发明的保护范围之内。
所述制剂在修复自然环境的三嗪类农药残留污染中的应用。
优选地,所述三嗪类农药为莠去津和/或特丁津。
进一步优选地,所述三嗪类农药为莠去津。
优选地,所述自然环境为水体和/或土壤。
优选地,作为一种具体的方式,一种含有所述发根农杆菌菌株AT13的制剂,所述菌液是将发根农杆菌菌株AT13接种于液体培养基过夜活化培养至对数期并用生理盐水冲洗、重悬即得。
更具体地,将纯化后的所述发根农杆菌菌株AT13的菌体接入含有10mL的LB液体培养基过夜活化培养至对数期,25℃离心后菌体用生理盐水(0.85wt%NaCl溶液)冲洗3遍,重悬至生理盐水中即得。
一种修复自然环境的三嗪类农药残留污染和/或降解三嗪类农药的方法,利用上述任一所述应用中的发根农杆菌和/或所述制剂。
优选地,所述方法是利用所述发根农杆菌菌株AT13和/或含有发根农杆菌菌株AT13的制剂。
优选地,所述制剂含有发根农杆菌菌株AT13菌体和/或菌液。
优选地,所述三嗪类农药为莠去津和/或特丁津。
进一步优选地,所述三嗪类农药为莠去津。
优选地,所述自然环境为水体和/或土壤。
相比现有技术,本发明具有以下有益效果:
1.本发明的发根农杆菌菌株AT13对莠去津、特丁津等三嗪类农药的生物降解效果显著,降解效率高,降解性能稳定,在培养24h后对100mg/L的莠去津降解率达99%以上,并可耐受较高浓度三嗪类农药,可用于莠去津等三嗪类除草剂污染的水体、土壤等污染环境的生物修复;
2.本发明含有发根农杆菌菌株AT13的制剂制备简单易行,便于推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例1菌株AT13的菌落形态特征。
图2为本发明实施例1菌株AT13的16S rDNA序列系统发育分析。
图3为本发明实施例2莠去津的高效液相色谱图,a为5mg/L,b为0.05mg/L。
图4为本发明实施例2莠去津含量与峰面积关系的标准曲线。
图5为本发明实施例2菌株AT13在含100mg/L莠去津的MSM液体培养基中的生长曲线。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明,但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明,以下实施例所用试剂和材料均为市购。
以下实施例中所述培养基配方如下:
无机盐培养基(MSM液体培养基):1.0g NaCl,1.5g K2HPO4,0.5g KH2PO4,0.2gMgSO4·7H2O,1.0g蔗糖;蒸馏水1000mL;pH=7.0。
MSM固体培养基:在MSM液体培养基中添加10g琼脂粉配制而成。
牛肉膏蛋白胨培养基(LB液体培养基):10.0g蛋白胨(typetone);5.0g牛肉膏(yeast);10.0g NaCl;蒸馏水1000mL;pH=7.0。
LB固体培养基:在LB液体培养基中添加10g琼脂粉配制而成。
所有培养基在121℃的高压灭菌锅中灭菌20min。
实施例1菌株AT13的分离、筛选和鉴定
1.降解菌的富集培养和分离筛选
采集广西南宁市郊区农田土壤,称取5g活性污泥样品加入到50mL含有莠去津(30mg/L)的MSM液体培养基中,经30℃,150rpm培养7d后,每次按10%的接种量,将农药莠去津质量浓度从30mg/L依次升至50mg/L、100mg/L、200mg/L、400mg/L连续富集培养,每个浓度的暴露时间均为7d;即间隔7天,取5mL菌液转接至含莠去津浓度更高的MSM液体培养基中继续培养,直至MSM液体培养基中的莠去津浓度为400mg/L,培养7d后,取适量菌液用无菌水稀释106倍,移取100μL稀释后的菌液涂布于含有400mg/L莠去津的MSM固体培养基平板上,30℃倒置培养2d。待平板上长出菌落后,挑取菌落在牛肉膏蛋白胨固体培养基上多次划线纯化,分离获得纯菌株。将纯菌株接种至10mL LB液体培养基中培养24~48h至对数生长期,25℃、4000r/min离心8min收集菌体,并用生理盐水(0.85wt%NaCl溶液)洗涤菌体3次后,用生理盐水重悬得菌悬液。将菌悬液按照3.0×109CFU/mL接种至含有100mg/L莠去津的50mLMSM液体培养基中培养7d,作为处理组;同时设置只含农药(100mg/L莠去津)不含菌的对照组,7d后采集处理组和对照组进行降解率测定,经测定,发现一株细菌菌株可高效降解莠去津,菌株编号为AT13。
2.菌株AT13形态学鉴定
将菌株AT13接种于牛肉膏蛋白胨固体培养基平板上,30℃倒置培养2d,观察其菌落形态。
菌株AT13的菌落形态如图1所示。从图1可以看出,菌株AT13在牛肉膏蛋白胨培养基平板培养2d的菌落呈淡黄色椭圆形,菌落较大且边缘光滑,质地软,不粘稠,易挑取;进一步通过革兰氏染色确定:该菌为革兰氏阴性菌;细胞杆状,末端圆。
3.菌株AT13的16S rDNA分子生物学鉴定
提取菌株AT13基因组DNA,以提取的基因组DNA为模板,采用16S rDNA细菌通用引物(27F:5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’;1492R:5’-TACGGCTACCTTGTTACGACTT-3’)进行PCR扩增,PCR产物委托北京六合华大基因科技有限公司进行测序。将菌株测得的16S rDNA序列(核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示)在GenBank数据库中利用BLAST进行比对分析,并选择同源性较高的相关序列利用MEGA 7.0构建系统发育树及分析进化关系。
菌株AT13的16S rDNA系统发育树如图2所示,从16S rDNA系统发育树可知,本发明分离纯化得到的菌株AT13的16S rDNA序列与Agrobacterium rhizogenes strain K599同源性最高,进化距离最近。
综合形态学观察、生理生化特性及16S rDNA序列分析,菌株AT13鉴定为发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes),并于2021年9月23日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,保藏号为GDMCC No:61943,保藏地址:广东省广州市先烈中路100号大院59号楼5楼。
实施例2菌株AT13对莠去津的降解能力测定
1.实验方法
1.1种子液制备
将纯化后的实施例1得到的菌种AT13接入含有100mL的牛肉膏蛋白胨液体培养基过夜活化,培养至对数期,25℃,4000r/min离心8min后收集菌体并用生理盐水(0.85wt%NaCl溶液)冲洗三遍,所得菌体的生理盐水悬液即为种子液,作为接种菌体。
1.2降解性能测定
按3.0×109CFU/mL菌体接种量进行接种,将菌体接种至50mL含有莠去津(100mg/L)的无机盐液体培养基中,作为AT13+莠去津处理组,以不接菌的培养基作为莠去津对照组,每组三个重复。在30℃,150rpm恒温摇床培养29h,定期取样,采用分光光度计测定OD600值,以表示菌株AT13的生长情况。采用高效液相色谱仪(HPLC)测定处理组和对照组培养前后液体培养基中莠去津的含量。
1.3HPLC色谱条件
采用shimadzu LC-15C型高效液相色谱仪(岛津,日本),以C18反相柱(Phenomenex,250nm×4.60mm,5μm)为色谱柱,进样温度30℃,进样量20μL,流速1.0mL/min,流动相为甲醇:超纯水=65:35(v:v),检测波长220nm。
以降解率表示菌株AT13对莠去津的降解情况。
降解率(R)计算公式:R/%=[1-(Ct/C0)]×100
其中Ct为处理组农药莠去津残留质量浓度,C0为对照组农药莠去津残留质量浓度,单位为mg/L。
1.4质量控制
采用外标法校正莠去津标准品并制作标准曲线,标准曲线浓度分别设置为0.05、0.1、0.5、1、5mg/L。
1.5添加回收率测定
(1)莠去津在MSM液体培养基中的添加回收实验:用甲醇配制莠去津标准品母液1000mg/L,移取5mL含发根农杆菌AT13的无机盐液体培养基(3.0×109CFU/mL)于50mL离心管中,分别加入一定量的莠去津标准工作溶液,使其质量浓度分别为0.05、0.10、0.50、1.00mg/L,加入5mL乙腈,机械振荡20min,加3g氯化钠,机械振荡20min,4000r/min离心5min,取上清液2mL过0.45μm有机膜后采用HPLC进行测定,计算添加回收率。
(2)莠去津在土壤中的添加回收实验:用甲醇配制莠去津标准品母液为1000mg/L,移取一定量的莠去津标准品母液浸泡硅藻土,使莠去津被完全吸附。浸泡后的硅藻土置于通风橱中吹干,将其拌入土壤中,使混合土壤中莠去津的终浓度分别为0.05、0.10、0.50、1.00mg/kg,同时按2.0×107CFU/g土壤的接种量接入AT13菌悬浮液,土壤的持水量保持在60±2%,称取10g混合土壤于50mL离心管中,加入20mL乙腈,超声30min,机械振荡30min,加入10g氯化钠,机械振荡30min,4000r/min离心5min,移取离心后样品的有机层至50mL旋蒸瓶中,35℃将样品旋蒸近干,用10mL乙腈复溶,取上清液2mL过0.45μm有机膜后采用HPLC进行测定,计算添加回收率。
回收率计算公式:回收率=C1/C0×100%
其中C1(mg/L)为空白样品中添加莠去津的测定值;C0(mg/L)为空白样品提取液添加同量莠去津的测定值。
2.实验结果
2.1莠去津的色谱图和标准曲线
莠去津的高效液相色谱图如图3所示,从图3可以看出,在本实施例检测方法下,莠去津标准品在0.05mg/L和5mg/L均可以出峰,出峰时间为7.3分钟(即莠去津在该方法中的保留时间),峰形尖锐,分离完全,无干扰峰出现。
莠去津的含量与峰面积关系的标准曲线如图4所示。从图4可以看出,莠去津的含量与峰面积呈良好的线性关系,莠去津的标准曲线方程为Y=305484x+15863(R2=0.9993)。
2.2添加回收率
测定的添加回收率如表1、表2所示。
表1莠去津在MSM液体培养基中的添加回收试验结果(n=3)
表2莠去津在土壤中的添加回收试验结果(n=3)
从表1、2中数据分析得出,莠去津在MSM液体培养基和土壤中的添加回收率区间为70.84%~108.26%,说明该莠去津的提取回收方法具有良好的准确度与精确度,符合检测要求。
2.3生长情况及降解效果
菌株AT13在含100mg/L莠去津MSM液体培养基中的生长情况如图5所示。
从图5可以看出,菌株AT13快速生长,且没有产生明显的滞后期。
菌株AT13对莠去津的降解效果如表3所示。
表3发根农杆菌菌株AT13对莠去津的降解效果
从表3可知,菌株AT13能快速降解莠去津:在含有100mg/L莠去津的MSM液体培养基中,培养4h、10h、24h和29h后,菌株AT13对100mg/L莠去津降解率分别达到23.25%、90.09%、99.82%、99.87%,莠去津对照组29h的降解率(自然降解率)仅为0.36%。
综合图5和表3可知,菌株AT13可利用莠去津作为生长基质进行生长繁殖,在莠去津浓度为100mg/L时,培养至24h,降解率达到99.82%,说明该菌株具有高效快速降解莠去津的能力。
另外,本发明经过测试发现,本发明的发根农杆菌菌株AT13对其他三嗪类农药特丁津也具有很好的降解作用,发根农杆菌菌株AT13在含100mg/L特丁津的50mLMSM液体培养基中培养24h时,其对特丁津的降解率为79%。
实施例3菌株AT13对土壤中莠去津的降解能力测定
1.实验方法
1.1土壤样品的制备
取广西南宁市邕江河边超过3年未施用莠去津农药的农田表层土(3~10cm),该土样属砂质土。土壤样品取回后首先置于阴凉通风处自然风干,风干后碾磨,过2mm筛。
1.2AT13菌悬浮液的制备:
将实施例1得到的AT13菌体接种至500mL LB液体培养基培养24~48h至对数生长期,25℃、4000r/min离心8min收获菌体,加入0.85wt%生理盐水洗涤3次,然后重悬在无菌的生理盐水(0.85wt%NaCl溶液)中即得AT13菌悬浮液。
1.3降解率的测定
分别称取一定量的莠去津溶于甲醇中,然后浸泡硅藻土,使莠去津被完全吸附。浸泡后的硅藻土置于通风橱中吹干,将其拌入土壤中,使土壤中莠去津的终浓度为50mg/kg。取500g土样于30℃恒温恒湿(RH=65%)培养箱中培养,按2.0×107CFU/g土壤的接种量接入AT13菌悬浮液,作为AT13+莠去津处理组;以不加菌且加入等量的无菌生理盐水的土壤作为莠去津对照组。土壤的持水量保持在60±2%。在30℃和避光条件下静置连续培养21h,并定期取样,按照实施例2中土壤添加回收的方法对土壤中残留的莠去津进行提取回收,同时利用实施例2中莠去津的HPLC检测方法测定土壤中的莠去津残留量并计算降解率。降解率计算方法如实施例2。
2.实验结果
菌株AT13对土壤中莠去津的降解效果测定如表4所示。
表4菌株AT13降解土壤中莠去津的效果
从表4可以看出,培养2h时,菌株AT13对浓度为50mg/kg土壤中莠去津的降解率已达53.57%;培养15h和21h后,菌株AT13对浓度为50mg/kg土壤中莠去津的降解率分别达到98.98%和99.23%。说明菌株AT13对土壤中莠去津具有很高的降解效果,菌株AT13直接施入土壤中后,没有出现不降解或降解滞后效应。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
序列表
<110> 广西大学
<120> 一株发根农杆菌菌株AT13及其应用
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1353
<212> DNA
<213> 发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)
<400> 1
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ccgcccgtca caccatggga gttggtttta ccc 1353

Claims (9)

1.一种发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes),其特征在于,所述发根农杆菌菌株于2021年9月23日保藏于广东省微生物菌种保藏中心,保藏编号为GDMCC No:61943,保藏地址是广东省广州市先烈中路100号大院59号楼5楼。
2.权利要求1所述发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)在降解三嗪类农药和/或制备降解三嗪类农药的制剂方面的应用,所述三嗪类农药为莠去津和/或特丁津。
3.权利要求1所述发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)在修复自然环境的三嗪类农药残留污染和/或制备修复自然环境的三嗪类农药残留污染的制剂方面的应用,所述三嗪类农药为莠去津和/或特丁津。
4.一种降解三嗪类农药的制剂,其特征在于,含有权利要求1~3任一所述应用中的发根农杆菌,所述三嗪类农药为莠去津和/或特丁津。
5.根据权利要求4所述的制剂,其特征在于,所述制剂含有权利要求1~3任一所述应用中的发根农杆菌的菌体和/或菌液。
6.权利要求4所述制剂在降解三嗪类农药方面的应用,其特征在于,所述三嗪类农药为莠去津和/或特丁津。
7.权利要求4所述制剂在修复自然环境的三嗪类农药残留污染中的应用,其特征在于,所述三嗪类农药为莠去津和/或特丁津。
8.根据权利要求3或7所述的应用,其特征在于,所述自然环境为水体和/或土壤。
9.一种修复自然环境的三嗪类农药残留污染和/或降解三嗪类农药的方法,其特征在于,利用权利要求1~3任一所述应用中的发根农杆菌和/或权利要求4或5所述制剂,所述三嗪类农药为莠去津和/或特丁津。
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