能够降解拟除虫菊酯类农药残留的产气肠杆菌 M6R9 ( 一 ) 技术领域
本发明涉及一株能够降解拟除虫菊酯类农药残留、尤其是能够同时降解联苯菊 酯、甲氰菊酯和氯氰菊酯三种拟除虫菊酯类农药残留的产气肠杆菌 M6R9。 ( 二 ) 背景技术
拟除虫菊酯类农药是模拟天然的除虫菊酯而合成,含有多个苯环结构的一类杀 虫剂,具有广谱高效、低毒、耐光、热等特点,其品种数和使用量仅次于有机磷农药, 占杀虫剂市场的第二位,在茶叶、蔬菜等经济作物害虫防治中得到广泛应用,常用的有 联苯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯等。 但是这类农药普遍具有对环境稳定、降解速度慢、 降解率低,残留过高,带来了食品安全问题。 特别是我国加入 WTO 后,“关税壁垒”随 之拆除,国外针对我国入关而颁布的农产品中农药的最大残留量 (MRL) 标准带有明显的 “技术壁垒” 倾向,农药检测范围大幅度扩大,拟除虫菊酯类农药 MRL 标准明显降低, 使我国茶叶等农产品出口面临着更为严峻的挑战。 农药残留是吸附、降解和迁移等综合作用后结果,其中降解是制约其残留量 的关键过程,控制农药残留有多种途径,包括禁用农药、化学处理方法和微生物降解 等。 大量研究表明微生物对土壤和水环境中的农药降解起着关键作用,已分离到大批能 降解或转化农药的微生物类群,如细菌、放线菌、真菌和藻类,在对拟除虫菊酯类农药 降解研究中发现假单胞菌属 (Pseudomonas.sp)、肠杆菌属 (Ehterobacte.sp)、产碱杆菌属 (Alcaligenes.sp) 和蜡状芽孢杆菌属 (Bacillus cereus.sp) 等对拟除虫菊酯类农药具有降解作 用。 但大多数微生物降解针对某一或少数几个农药,而同时能降解多种拟除虫菊酯类农 药的微生物报道较少。
( 三 ) 发明内容
本发明目的是提供一种能够同时降解多种拟除虫菊酯类农药的菌株——产气肠 杆菌 (Enterobacter aerogenes)M6R9。
本发明采用的技术方案是 :
产气肠杆菌 (Enterobacter aerogenes)M6R9,保藏于中国微生物菌种保藏管理委 员会普通微生物中心,地址 :北京市朝阳区北辰西路 1 号院 3 号中国科学院微生物研究 所,100101,保藏编号 :CGMCC No.4155,保藏日期 :2010 年 09 月 08 日。
所述产气肠杆菌 M6R9 菌落特征如下 :为杆菌,不产胞子且具有小的荚膜,革 兰氏阴性,菌体大小为 (0.8 ~ 1.9)μm×(0.5 ~ 1.0)μm,在固体培养基上,菌落呈圆 形,表面凸起、光滑,边缘完整,呈灰白色,不透明。
所述产气肠杆菌 M6R9 的 16S rDNA 基因序列如下 :
TGACGGCAGGCTTACACATGCAAGTCGAGCGGTAGCACAAGG
GAGCTTGCTCTCCTGGGTGACGAGCGGCGGACGGGTGAGTAA
TGTCTGGGAAACTGCCTGATGGAGGGGGATAACTACTGGAAACGGTAGCTAATACCGCATAACGTCGCAAGACCAAAGAGGGGGAC
CTTCGGGCCTCTTGCCATCAGATGTGCCCAGATGGGATTAGCT
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CGTCAGCTCGTGTTGTGAAATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGA
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CTACAATGGCATATACAAAGAGAAGCGACCTCGCGAGAGCAAG
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ATGCTACGGTGAATACGTTCCCGGGCCTTGTACACACCGCCCG
TCACACCATGGGAGTGGGTTGCAAAAGAAGTAGGTAGCTTAAC
CTTCGGGAGGGCGCTTACCACTTGGATCAGTTGTC。
本发明菌株由采集杭州农药厂拟除虫菊酯类农药生产车间下水道处驯化过的污 泥中筛选获得,根据 Sherlock MIS 软件系统对菌株 M6R9 定性和定量的分析生成的脂肪酸 图谱,对比 Library 数据库,初步鉴定菌 M6R9 为产气肠杆菌属 (Enterobacter.sp) 中的产气 肠杆菌 (Enterobacteraerogenes),相似指数 SI(similarity index) 为 0.931 ;用 16S rDNA 测 序鉴定方法也证明该菌株为产气肠杆菌。
该菌株能同时降解联苯菊酯、甲氰菊酯和氯氰菊酯三种拟除虫菊酯类农药残 留, 在 通 气、 pH7.0、 温 度 (25 ~ 30) ℃、 OD415nm0.2、 农 药 浓 度 100mg · L-1、 转 速 180r · min-1 的条件下,对含有联苯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯的混合培养基,培养 3天,3 种菊酯农药的降解率分别为 65.21%、65.18%、66.983%。
本发明的有益效果主要体现在 :提供了一株能够同时降解联苯菊酯、甲氰菊酯 和氯氰菊酯三种拟除虫菊酯类农药残留的新菌株,为控制农产品中拟除虫菊酯类农药残 留提供了研究基础,应用前景广阔。 ( 四 ) 附图说明
图 1 为产气肠杆菌 M6R9 的电镜照片 ( 放大 50000 倍 ) ;
图 2 为 16S rDNA PCR 扩 增 结 果 (ZA :样 品 M6R9 ;Marke :DNA 标 准 分 子 量);
图 3 为基于 16S rDNA 序列的菌株 M6R9 系统发育树 ; ( 五 ) 具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限 于此 :
实施例 1 :降解菌株的筛选与鉴定 1 材料与方法
1.1 培养基和试剂
富 集 培 养 基 :蛋 白 胨 10g, NaCl 1.0g, KH2PO4 1.0g, H2O 1000mL, 葡 萄 糖 1.0g, pH 7.0 ;
基 础 培 养 基 :NH4NO31.00g, MgSO4.7H2O 0.5g, (NH4)2SO4 0.5g, KH2PO4 0.5g, NaCl0.5g, K2HPO4 1.5g, H2O1000mL, pH7.0 ;
基础培养基加入 1.5% (w/v,每 100mL 加 1.5g) 琼脂和 100mg.L-1 的联苯菊酯、 甲氰菊酯和氯氰菊酯即配成相应的含农药固体培养基 ;
50g · L-1 的联苯菊酯、甲氰菊酯和氯氰菊酯乳液。
1.2 菌株对联苯菊酯、甲氰菊酯和氯氰菊酯降解效能的测定
将纯化后的单个菌株以菌量 OD415nm = 0.2 接种到 100mL 含联苯菊酯、甲氰菊 酯、氯氰菊酯各 100mg ·L-1 的无菌液体富集培养基的 250mL 三角瓶中,以不接菌的培养 液作对照,在 30℃,180r · min-1 的恒温摇床上振荡培养 3 天。 培养结束后,吸取 2mL 培养液,加入 4、4、3mL 的石油醚萃取 3 次,加入无水硫酸钠吸水,并定容至 10mL,用 气相色谱检测。
气 相 色 谱 检 测 条 件 :Agilent 6890GC(G1530N/G3172A) 气 相 色 谱 仪, HP-5(30mm×0.25mm×0.25μm) 色谱柱, ECD 检测器,检测温度 280℃,柱温 260℃, 进样口温度 280℃,柱流 :1.0mL · min-1,分流比为 1 ∶ 10,载气为 N2(99.999% ),进 样量为 1μL。
降解率 (% ) = ( 对照样品残留量 - 处理样品残留量 )×100/ 对照样品残留量
1.3 优势降解菌株选育
1.3.1 菌株来源
采集杭州农药厂拟除虫菊酯类农药生产车间下水道处驯化过的污泥。
1.3.2 降解菌株的分离、纯化和筛选
从每份污泥土样中取 10g,在无菌的条件下,分别加到含联苯菊酯、甲氰菊酯、 氯氰菊酯各 100mg · L-1 的 100mL 无菌液体富集培养基的 250mL 三角瓶中 . 在 30 ℃下 180r · min-1 摇床上培养 7 天后,按 10%接种量转移到下一批富集培养基上 ( 三种农药梯 度依次为 100、150、200、250mg · L-1),同条件驯化培养 7 天。 然后再按 10%接种量 转接到含 250mg · L-1 的联苯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯无菌液体的基础培养基中,继续 培养 7 天,连续转接 2 次后从农药浓度为 250mg ·L-1 基础培养基中,取 0.1mL 基础培养 基发酵液反复进行平板划线分离、纯化,直到筛选得到单个菌落,将纯菌落接种到斜面 上,于 4℃冰箱内保存。
1.3.3 菌株鉴定
菌株鉴定采用美国 MIDI 公司的 Sherlock microbial identity system(MIS) 软件系 统,该系统将基础培养基上纯化的单菌落按照 MIDI 公司的操作规范进行脂肪酸的提取和 分析,定性 ( 种类 ) 和定量 ( 含量 ) 地分析微生物的脂肪酸成份并生成脂肪酸图谱,将生 成的图谱和数据库 (Library) 进行比对,根据相似指数 SI(similarity index) 鉴定未知菌种, 相似指数 SI 大于 0.9 就基本可确定是某种微生物。 该系统是一相对快速和具有丰富菌库 的微生物鉴定系统,已得到较广泛的应用 ( 吴愉萍,徐建明,汪海珍等 .SherlockMIS 系统 应用于土壤细菌鉴定的研究 . 土壤学报,2006,43(4) :642-647)。 此 外, 同 时 用 16S rDNA 鉴 定 方 法 进 行 验 证, 与 Sherlock microbialidentity system(MIS) 进行比较。 以 M6R9 菌株总 DNA 为模板,用 16S rDNA 基因的通用引物进 行 PCR 扩增,得到的扩增片段经回收、测序可明确其大小,再将测序结果用 BLAST 软件 与 GenBank 中的序列进行同源性比较。
1.3.4 菌株形态特征观察及生理生化特性测定
将菌株接种在固体培养基中,48h 后电镜观察菌株形态特征 ;取纯化的菌株生 长的对数期进行革兰氏、结晶紫简单荚膜等染色 ;生理生化特性测定参照 《常见细菌系 统鉴定手册》 ( 东秀珠,蔡妙英 )。
2. 结果
2.1 菌株的分离与筛选
经分离、纯化、筛选获得 1 株能同以联苯菊酯、甲氰、氯氰菊酯为碳源并保 持较高和较稳定降解率的细菌,命名为 M6R9,其它菌株降解力都不同程度地衰退,培 养 3 天,发现它对联苯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯的降解率分别为 65.21 %、65.18 %、 66.983%。
2.2 菌株的鉴定
2.2.1 菌株 M6R9 基本形态及生理生化特征
该菌为杆菌,不产胞子且具有小的荚膜,革兰氏阴性,菌体大小约为长 (0.8 ~ 1.9)μm、宽 (0.5 ~ 1.0)μm( 如图 1),在固体培养基上,菌落圆形,表面凸起、光滑, 边缘完整,呈灰白色,不透明。 乙酰甲基甲醇生成试验 (v-p) 反应阳性,吲哚实验阴 性,不能液化明胶,其他生理生化特性见表 1。
表 1 :产气肠杆菌的生理生化特性
7CN 102021135 A CN 102021149 A说结果 + + + + + + +明书结果 + + + -5/6 页测试项目 革兰氏染色 甲基红 脂酶 赖氨酸脱羧酸 鸟酸氨脱羧酶 柠檬酸盐 木糖 葡萄糖产气 丙二酸 乳糖
生理生化测试 V-P 实验 吲哚实验 硫化氢 苯丙氨酸脱氨酶 氧化酶 脲酶水解 精氨酸双水解酶 蔗糖产酸 麦芽糖产酸 卫矛醇产酸注 :+ 阳性反应 ;- 阴性反应
2.2.2 菌株 M6R9 鉴定
(1)Sherlock MIS 系统对 M6R9 的鉴定
根据 Sherlock MIS 软件系统对菌 M6R9 脂肪酸定性和定量的分析生成的脂肪酸图 谱,对比 Library 数据库,初步鉴定菌 M6R9 为产气肠杆菌属 (Enterobacter.sp) 中的产气肠 杆菌 (Enterobacter aerogenes),相似指数 SI(similarity index) 为 0.931。
(2)16S rDNA 鉴定方法对 M6R9 的验证
I.DNA 提取结果
以 M6R9 菌株总 DNA 为模板,用 16S rDNA 基因的通用因为进行 PCR 扩增,得 到 1 条约为 1.5kb 的片段 ( 图 1)。 扩增片段经回收、测序明确其大小为 1446bp(SEQ ID NO.1)。
II.16S rDNA 基因 PCR 扩增和序列分析
将测序结果用 BLAST 软件与 GenBank 中的序列进行同源性比较发现, M6R9 菌 株 16S rDNA 序 列 与 产 气 肠 杆 菌 (Enterobacter aerogenesAAC64477) 和 阴 沟 肠 杆 菌 (Enterobacter cloacae BAA24279) 的 16S rDNA 序 列 相 似 性 高 达 99.7 % 和 98.6 %, 与 成 团 肠 杆 菌 (Enterobacter agglomeransABY76238)、 目 勾 维 肠 杆 菌 (Enterobacter gergoviae ABY76238)、 中 间 肠 杆 菌 (Enterobacter intermedius CAD48860)、 阪 崎 肠 杆 菌 (Enterobactersakazakii ABP96975)、 泰 洛 氏 肠 杆 菌 (Enterobacter taylorae ABI21952)、 霍
氏肠杆菌 (Enterobacter homaeche ACR39085) 的 16S rDNA 序列相似性为 98.1 %。 基于 16S rDNA 序列的 M6R9 菌株与产气肠杆菌 (Enterobacteraerogenes AAC64477) 和阴沟肠 杆菌 (Enterobacter cloacae BAA24279) 具有较高的同源性,为确定该菌株的系统发育位 置,选取一些沙雷氏菌构建系统发育树,并选择沙雷氏菌属为外群,各菌株名称及序列 号见图 2,各种菌株之间的系统发育树可知, M6R9 与产气肠杆菌 (Enterobacteraerogenes AAC64477) 具有较高的同源性,遗传距离也较紧。
综合 M6R9 的生理生化性质、 Sherlock MIS(MIDI 鉴定系统 ) 及 16SrDNA 系统 进化分析可以看出,该菌属于肠杆菌属 (Enterobacter.sp) 中的产气肠杆菌 (Enterobacter aerogenes)。
3 结论
1) 从拟除虫菊酯类农药生产车间下水道驯化过的污泥中分离得到 1 株能同时降 解联苯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯的高效菌 M6R9,经 SherlockMIS 系统鉴定为产气肠杆 菌属 (Enterobacter.sp) 中的产气肠杆菌 (Enterobacter aerogenes)。
实施例 2 :菌株降解性能检测
1 材料与方法
1.1 培养基和试剂
基 础 培 养 基 :NH4NO31.00g, MgSO4.7H2O 0.5g, (NH4)2SO4 0.5g, KH2PO4 0.5g, NaCl0.5g, K2HPO4 1.5g, H2O1000mL, pH7.0 ;
50g · L-1 的联苯菊酯、甲氰菊酯和氯氰菊酯乳液。
1.2 菌株对联苯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯的降解
在装有 100mL 基础培养基的三角瓶中,混合加入 100mg · L-1 联苯菊酯、甲氰 菊酯、氯氰菊酯作为唯一碳源,在接种量 OD415nm = 0.2、25 ~ 30℃、 pH 7.0、振荡速率 180r ·min-1、装液量 100mL(250mL 三角瓶 ) 条件下培养 3 天后,按照实施例 1 方法测定 菌株 M6R9 对 3 种菊酯农药的降解率。
2. 结果
菌 株 M6R9 在 通 气 量、 pH7.0、 温 度 (25 ~ 30) ℃、 OD415nm0.2、 农 药 浓 度 100mg · L-1、转速 180r · min-1 环境条件下,对联苯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯的降解 率分别为 65.21%、65.18%、66.983%。 与 Grant 等从使用过拟除虫菊酯的菜园和农田土 壤的混和土样中分离出荧光假单胞菌和普城沙雷菌两株优势菌,于 25℃、80r.min-1 条件 下培养 14 天,对 250mg.L-1 的氯氰菊酯去除率约为 66.7%的结果相比,表明本研究分离、 筛选的产气肠杆菌菌株 M6R9 是一株可同时对联苯菊酯、甲氰菊酯、氯氰菊酯降解的高 效菌株,对控制农产品中拟除虫菊酯类农药残留具有一定的应用潜力。9CN 102021135 A CN 102021149 A序SEQUENCELISTING列表1/2 页<110> 浙江大学 <120> 能够降解拟除虫菊酯类农药残留的产气肠杆菌 M6R9 <130> <160> 1 <170> PatentInversion3.4 <210> 1 <211> 1446 <212> DNA <213> Enterobacteraerogenes <400> 1 tgacggcaggcttacacatgcaagtcgagcggtagcacaagggagcttgctctcctgggt60gacgagcggcggacgggtgagtaatgtctgggaaactgcctgatggagggggataactac 120 tggaaacggtagctaataccgcataacgtcgcaagaccaaagagggggaccttcgggcct 180 cttgccatcagatgtgcccagatgggattagctagtaggtggggtaatggctcacctagg cgacgatccctagctggtctgagaggatgaccagccacactggaactgagacacggtcca gactcctacgggaggcagcagtggggaatattgcacaatgggcgcaagcctgatgcagcc atgccgcgtgtgtgaagaaggccttcgggttgtaaagcactttcagcgaggaggaaggtg gtgaacttaatacgttcatcaattgacgttactcgcagaagaagcaccggctaactccgt gccagcagccgcggtaatacggagggtgccagcgttaatcggaattactgggcgtaaagc gcacgcaggcggtttgttaagtcagatgtgaaatccccgggctcaacctgggaactgcat 240 300 360 420 480 540 60010CN 102021135 A CN 102021149 A序列表6602/2 页tgaaactggcaagctagagtctcgtagaggggggtagaattccaggtgtagcggtgaaatgcgtagagatctggaggaataccggtggcgaaggcggccccctggacgaagactgacgct 720 caggtgcgaaagcgtggggagcaaacaggattagataccctggtagtccacgctgtaaac gatgtcgatttggaggttgtgcccttgaggcgtggcttccggagctaacgcgttaaatcg 780 840accgcctggggagtacggccgcaaggttaaaactcaaatgaattgacgggggcccgcaca 900 agcggtggagcatgtggtttaattcgatgcaacgcgaagaaccttacctactcttgacat ccagagaacttagcagagatgctttggtgccttcgggaactctgagacaggtgctgcatg gctgtcgtcagctcgtgttgtgaaatgttgggttaagtcccgcaacgagcgcaaccctta tcctttgttgccagcggttcggccgggaactcaaaggagactgccagtgataaactggag gaaggtggggatgacgtcaagtcatcatggcccttacgagtagggctacacacgtgctac aatggcatatacaaagagaagcgacctcgcgagagcaagcggacctcataaagtatgtcg tagtccggattggagtctgcaactcgactccatgaagtcggaatcgctagtaatcgtaga tcagaatgctacggtgaatacgttcccgggccttgtacacaccgcccgtcacaccatggg agtgggttgcaaaagaagtaggtagcttaaccttcgggagggcgcttaccacttggatca gttgtc 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1446