氯嘧磺隆除草劑在農(nóng)業(yè)中的過(guò)量使用,帶來(lái)了潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和毒性作用,因此開(kāi)發(fā)高效穩(wěn)定、切實(shí)可行且環(huán)境友好的技術(shù),消減除草劑及其有毒中間代謝產(chǎn)物在環(huán)境中的殘留十分必要。微生物菌系因其強(qiáng)大的代謝互補(bǔ)性和合成性顯示出巨大的生物修復(fù)潛力。但現(xiàn)有研究主要集中于功效評(píng)價(jià)方面,鮮見(jiàn)關(guān)于復(fù)雜微生物菌系的群落結(jié)構(gòu)組成、動(dòng)態(tài)演替過(guò)程、生理代謝互作和物質(zhì)協(xié)同轉(zhuǎn)化等方面的報(bào)道。
鑒于此,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所微生物資源與生態(tài)組團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域進(jìn)行了探索性研究,通過(guò)“自上而下”的合成生物學(xué)策略,從被氯嘧磺隆污染的土壤中富集馴化出可降解氯嘧磺隆的菌系L1,并通過(guò)宏基因組和16S rDNA測(cè)序技術(shù)對(duì)菌系在降解過(guò)程中進(jìn)行了動(dòng)態(tài)的微生物組學(xué)分析。
研究發(fā)現(xiàn),該菌系在6天內(nèi)可降解98.04%初始濃度為100mg L-1的氯嘧磺隆,其群落組成共有39個(gè)屬,其中Methyloversatilis、Starkeya和Pseudoxanthomonas的豐度相對(duì)較高。菌系L1在不同時(shí)間點(diǎn)的群落組成未發(fā)生明顯改變,但群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異。基于KEGG的功能貢獻(xiàn)度分析預(yù)測(cè)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、脲酶和脲水解酶與氯嘧磺隆的降解相關(guān),而Methyloversatilis, Pseudoxanthomonas, Methylopila, Hyphomicrobium, Stenotrophomonas, Sphingomonas是可能的主要降解菌屬。菌系L1對(duì)氯嘧磺隆的代謝途徑主要通過(guò)脲橋的斷裂,生成鄰甲酸乙酯苯磺酰胺基甲酸酯和鄰磺酰胺苯甲酸乙酯。共線(xiàn)性及物種-功能網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果均表明不同菌屬間存在密切的互作、共養(yǎng)和共代謝關(guān)系,這種聯(lián)系不僅存在于“功能菌”之間,也存在于“功能菌”和“輔助菌”之間。本研究不僅可解析菌系降解氯嘧磺隆除草劑的微生物學(xué)機(jī)理,還提供了潛在的降解菌資源,有助于磺酰脲類(lèi)除草劑面源污染生物修復(fù)技術(shù)的創(chuàng)制和應(yīng)用。





