一种拟除虫菊酯类农药降解菌及其菌剂 技术领域 本发明提供一种拟除虫菊酯类农药降解菌及其菌剂, 属于生物高技术领域, 是利 用微生物的方法降解化学农药残留, 适用于现代农业生产中绿色无公害农产品的生产。
背景技术 拟除虫菊酯类农药是 20 世纪 70 年代在农业上推广应用的一类仿生杀虫剂, 它以 神经钠离子通道为作用靶标, 具有高效、 低毒等特点, 在农业害虫和卫生害虫防治中得到广 泛应用。 目前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, 约占世界农药 市场的 1/4, 在我国的使用面积已占杀虫剂总施用面积的 1/3 以上。 高效氯氰菊酯是拟除虫 菊酯类农药的一种, 广泛用于防治果树、 蔬菜、 禾谷类、 烟草等作物的鳞翅目、 鞘翅目、 双翅 目害虫。由于高效氯氰菊酯对光、 热较稳定, 加上长期大量使用, 不仅造成农产品污染和环 境污染, 而且残留的农药通过食物链富集, 直接或间接地危害人体健康。 近年来随着人们生 活水平的提高, 人们对食品安全问题及环境生态日益重视, 果蔬农药残留亦成为公众关注 的焦点之一。
果蔬农药残留治理新技术是食品安全生产的关键配套技术。 控制农药污染源以及 残留治理新技术研究是解决食品中农药残留的基本方法。目前减少农药残留污染的研究 大多集中在选用高效低毒低残留的化学农药和生物农药、 改进剂型及应用技术方面, 但是 收效甚微。农产品生产过程中农药的不可减少, 寻求高效、 安全、 经济的农产品农药残留处 理新技术, 解决病虫害防治用药与农药残留的矛盾, 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重大科研命题。利用微生物降解剂处理农产品, 是农药残留控制处理 的新领域、 新 途径, 具有操作简便、 经济实用、 无二次污染等优点, 目前许多发达国家和大 公司企业都投入巨资以从事农药残留高效降解菌的研究开发。 实验室和实际应用研究都表 明利用微生物降解果蔬中的农药残留, 提高农产品的品质和经济价值是可行的。现有技术 中本课题组已拥有降解菌的发明专利 (200710030304.2, 公开号 : CN 101157901A, 公开日 2008 年 4 月 9 日 ), 该专利是一株枝孢菌属 Hu-01, 能有效降解毒死蜱农药残留。
高效氯氰菊酯是近年来使用非常广泛的一种拟除虫菊酯类农药, 目前还没有发现 专门针对高效氯氰菊酯农药的降解菌剂。
发明内容 本发明的目的在针对现有技术的不足, 提供一种新的拟除虫菊酯类农药降解菌及 其菌剂。得到的菌剂可以使高效氯氰菊酯、 高效氟氯氰菊酯、 溴氰菊酯、 高效氯氟氰菊酯 ( 功夫 ) 等拟除虫菊酯类农药的残留量降低 80%以上, 具有较高的降解效果, 生产和使用成 本低。
本发明通过以下技术方案实现上述目的 :
本发明的技术方案是提供一种拟除虫菊酯类农药降解菌, 其特征在于所述降解菌 为 HP-S-01, 经鉴定为链霉菌属 (Streptomyces sp.), 于中国典型培养物保藏中心 (CCTCC)
( 武汉大学保藏中心 ) 保藏, 保藏日为 2010 年 4 月 21, 保藏编号 CCTCC M 2010096, 该菌株 的 16S rDNA 的 Genbank 登录号为 HM016873。
该菌是采用富集培养法筛选获得 : 将 100mL 的基础培养基装到 250mL 三角瓶中灭 菌, 冷却后无菌条件下加入菊酯农药使其终浓度为 100mg·L-1, 同时加入于广东省采集污泥 -1 土样 10g 于 30℃、 180r·min 摇床培养 7d 后, 按 10%的接种量转接到第二批含 250mg·L-1 菊酯农药的基础培养基中。 相同条件培养 7d 后, 再按 10%的接种量转接到含菊酯农药均为 -1 500mg·L 的基础培养基中, 继续培养 7d。此时取 0.1mL 基础培养基发酵液反复进行平板 划线分离, 直至得到 单菌落, 将单菌落接种到试管斜面培养基上, 于 4℃冰箱内保存。其中 的基础培养基为 : NH4NO3 1.0g, MgSO4·7H2O 0.5g, (NH4)2SO4 0.5g, KH2PO4 0.5g, NaCl0.5g, K2HPO4 1.5g, H2O 1000mL, pH 7.0。
所述除虫菊酯类农药降解菌制备方法包括以下步骤 :
菌种采用砂土管保存法保存。将拟除虫菊酯类农药降解菌 HP-S-01 的菌种在固体 平板上活化, 接种于试管斜面, 按照以下配方配制高氏合成 1 号培养基 : 硝酸钾 1g, 磷酸氢 二钾 0.5g, 硫酸镁 0.5g, 氯化钠 0.5g, 硫酸亚铁 0.01g, 可溶性淀粉 20g, 蒸馏水 1000mL。在 pH 7.5 的液体高氏合成 1 号培养基中, 接入 0.1g 湿菌体, 在 26℃, 150r·min-1 的摇床中培 养 1-7d。
本发明还提供了一种拟除虫菊酯类农药降解菌菌剂, 是由以下制备方法获得 : (1) 将拟除虫菊酯类农药降解菌 HP-S-01 的菌种在固体平板上活化, 接种于试管斜面 ; (2) 将拟除虫菊酯类农药降解菌 HP-S-01 的斜面菌种接种于高氏合成 1 号培养基 摇瓶中, 振荡培养至对数期 ;
(3) 将步骤 (2) 菌种按照 8%~ 10%的接种量种入种子罐, 培养至对数生长期 ;
(4) 将达到对数期的种子液按照 8%~ 10%的接种量接种入生产罐培养 ;
(5) 培养液经离心取上清菌液, 菌液立即加入保护剂, 分装成液体剂型。
步骤 (3) 所述种子罐培养条件为无菌空气的通气量为 0.45 ~ 0.60m3/min, 搅拌速 -1 度为 200 ~ 300r·min , 温度 26℃。
步骤 (3) 种子罐所用的培养基配方为 : 可溶性淀粉 2%, KNO3 0.1%, NaCl0.05%, K2HPO4 0.05%, MgSO4 0.05%, FeSO4 0.001%。
步骤 (3) 所述种子罐按容积量 80 %投料, 投料完成后在 1.1Kg/cm3 的压力下、 121℃条件下灭菌, 冷却至 26℃后备接种。
步骤 (4) 所述生产罐的培养条件是无菌空气的通气量为 0.45 ~ 0.60m3/min, 搅拌 -1 速度为 100 ~ 200r·min , 培养温度为 26 ~ 28℃, 培养时间为 112 ~ 120h。
步 骤 (4) 所 述 生 产 罐 所 用 培 养 基 配 方 为 : 可 溶 性 淀 粉 2 %, KNO3 0.1 %, NaCl0.05%, K2HPO4 0.05%, MgSO4 0.05%, FeSO4 0.001%。
步骤 (4) 所述生产罐按照投料量∶容量= 0.08 ~ 0.1 ∶ 1 的比例投料, 投料后在 3 1.1Kg/cm 的压力下、 121℃条件下灭菌, 冷却至 26℃后, 通无菌空气保持无菌状态备接种。
步骤 (5) 所述保护剂组成为氯化钠质量分数为 0.7%, 甘氨酸质量分数为 0.35%, 苯甲酸钠质量分数为 0.03%, 凯松体积分数为 0.17076%, 甘油的体积分数为 8.37801%。
使用所述除虫菊酯类农药降解菌生产菌剂的工艺步骤为 : 斜面种 - 摇瓶种 - 种子
罐培养 - 生产罐培养 - 包装为液体剂型。
该拟除虫菊酯类农药降解菌可以应用于降解拟除虫聚酯类农药残留。 包括降解高 效氯氰菊酯、 高效氟氯氰菊酯、 溴氰菊酯或高效氯氟氰菊酯。应用时, 施用量为每平方米农 田施用 50mL 含 0.3g 干菌丝的降解菌菌液。
本发明的有益效果是 :
(1) 拟除虫菊酯类农药降解菌 HP-S-01 能使高效氯氰菊酯、 高效氟氯氰菊酯、 溴氰 菊酯、 高效氯氟氰菊酯 ( 功夫 ) 等拟除虫菊酯类农药的残留量降低 80%以上, 使用该降解菌 剂, 成功解决了农产品生产过程中农药的使用与高效、 安全、 经济的防治病虫害的矛盾, 又 可生产出无毒无公害的绿色农产品, 可以再果蔬的正常生长过程中使用化学农药防治病虫 害而保证果蔬中农药残留量符合绿色食品要求。
(2) 本发明生产的农药残留高效降解菌剂具有生产成本低, 使用方便, 降解效果好 的优点, 适合在全国果蔬生产出口基地或有绿色食品标志的地方大面积使用。
(3) 本发明促进协调统一病虫害防治用药与食品安全, 大规模推广使用果蔬农药 微生物处理, 生产无公害蔬菜、 绿色食品具有重要的意义。
本 发 明 所 提 供 一 种 拟 除 虫 菊 酯 类 农 药 降 解 菌 HP-S-01, 经鉴定为链霉菌属 (Streptomyces sp.), 于 2010 年 4 月 21 日寄存于中国典型培养物保藏中心 (CCTCC), 保藏 编号 CCTCC M 2010096。 主要生物学特征为 : 在高氏合成 1 号平板培养基上菌落较小, 圆形, 质地致密, 表面褶皱, 呈粉状, 边缘整齐, 具同心环, 周围具辐射状菌丝, 新鲜菌落白色, 随着 生长时间的增加, 菌落颜色逐渐加深, 最终气生菌丝呈鼠灰色 ; 基内菌丝呈黄色, 基丝、 气丝 发育良好, 基丝不断裂 ; 孢子丝螺旋形, 孢子近圆形, 大小为 0.9555 ~ 1.4815μm, 外壁光 滑。在高氏合成 1 号液体培养基上培养呈小球形, 颜色浅黄色。革兰氏染色阳性。具有明 胶液化快, 纤维素上生长良好, 淀粉水解, 牛奶凝固与弱胨化, 还原硝酸盐, 产生褐色色素, 不产生硫化氢气体, 同时能够强利用葡萄糖、 麦芽糖、 L- 鼠李糖、 D- 半乳糖 ; 弱利用甘露醇、 D- 果糖、 甘油、 蔗糖、 D- 木糖 ; 不利用 D- 海藻糖。该菌株的 16S rDNA 的 Genbank 登录号为 HM016873。 具体实施方式
以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例 1
拟除虫菊酯类农药降解菌 HP-S-01 的制备方法及生长状况测定 :
将拟除虫菊酯类农药降解菌 HP-S-01 的菌种在固体平板上活化, 接种于试管斜 面。按照以下配方配制高氏合成 1 号培养基 ( Synthetic MediumNo.1) : 硝酸钾 1g, 磷酸氢二钾 0.5g, 硫酸镁 0.5g, 氯化钠 0.5g, 硫酸亚铁 0.01g, 可溶性淀粉 20g, 蒸馏水 1000mL。在 pH 7.5 的液体高氏合成 1 号培养基中, 接入 0.1g 湿菌体, 在 26℃, 150r·min-1 的摇床中培养 1-7d。
培养时间与降解菌 HP-S-01 的生长状况的关系见表 1。
表 1 培养时间对拟除虫菊酯类农药降解菌菌丝体干重的影响
注: 以上结果 3 次重复平均值 (± 标准误 SE)。实施例 2
降解菌 HP-S-01 对高效氯氰菊酯、 高效氟氯氰菊酯、 溴氰菊酯、 高效氯氟氰菊酯 ( 功夫 ) 的降解效果 :
在基础盐培养基 ( 组分为 : NH4NO3 1.0g, NaCl 0.5g, K2HPO4 1.5g, KH2PO40.5g, -1 MgSO4·7H2O 0.5g, 水 1000mL, pH 7.5) 中分别加入终浓度为 50mg.L 的高效氯氰菊酯、 高效氟氯氰菊酯、 溴氰菊酯、 高效氯氟氰菊酯 ( 功夫 ) 等拟除虫菊酯类农药, 接种降解菌 HP-S-01, 并设不接菌的培养基为对照, 摇床培养 2d 后高效液相色谱法检测农药的降解情 况, 结果见表 2。结果表明降解菌可以有效去除高效氯氰菊酯、 高效氟氯氰菊酯、 溴氰菊酯、 高效氯氟氰菊酯 ( 功夫 ) 等拟除虫菊酯类农药残留, 具有很好的降解效果。
表 2 降解菌 HP-S-01 对高效氯氰菊酯、 高效氟氯氰菊酯、 溴氰菊酯、 高效氯氟氰菊 酯的降解效果
注: 以上结果 3 次重复平均值 (± 标准误 SE)。降解率 (% ) = (1-C1/C0)×100%
C1 : 降解菌处理农药残留浓度 (mg.L-1) ; C0 : 对照处理农药残留浓度 (mg.L-1)。
实施例 3
(1) 将拟除虫菊酯类农药降解菌 HP-S-01 的菌种在固体平板上活化, 并测定降解 性能, 接种于试管斜面上备用 ;
(2) 试管接种于含 250mL 的高氏合成 1 号培养基 1000mL 摇瓶中, 恒温振荡至对数 期, 准备接种种子罐 ;
(3) 种子罐 100L, 投料量 80L, 培养基配方为 : 可溶性淀粉 2%, KNO3 0.1%, NaCl 3 0.05%, K2HPO4 0.05%, MgSO4 0.05%, FeSO4 0.001%, 投料完成后在 1.1Kg/cm 的压力下、 121℃条件下高压湿热灭菌, 冷却至 26℃后, 将上述培养好的接菌菌种按 8%~ 10%的接种 量接种于 100L 种子罐, 培养至对数生长期, 无菌空气的通气量为 0.45 ~ 0.60m3/min, 搅拌 -1 速度为 200 ~ 300r·min 。
(4) 将到达对数期的种子液按照 8%~ 10%的接种量投入生产罐培养, 生产罐所 用培养基成分与种子罐培养基相同。生产罐容量 1 吨, 投料量为 0.08 ~ 0.1 吨。投料后的生产罐, 在 1.1Kg/cm3 的压力下、 121℃条件下高压湿热灭菌, 冷却至 26℃后, 通无菌空气, 通 3 -1 气量为 0.45 ~ 0.60m /min, 搅拌速度为 100 ~ 200r· min , 培养温度为 26 ~ 28℃, 本步骤 整个工艺培养流程时间为 112 ~ 120h。
(5) 发酵完成后培养液经 12000r·min-1 培养液条件下离心取上清菌液, 菌液立 即加入保护剂 : 氯化钠质量分数为 0.7%, 甘氨酸质量分数为 0.35%, 苯甲酸钠质量分数为 0.03%, 凯松体积分数为 0.17076%, 甘油的体积分数为 8.37801%, 分装成液体剂型。 -1
1. 在以 50mg· L 的高效氯氰菊酯农药为唯一碳源的基础盐培养基中, 接种 0.2% 生长至对数期的 HP-S-01 菌液, 并设不接菌的培养基为对照, 在不同时间测定其对高效氯 氰菊酯农药的降解性能。摇床培养 12h、 24h、 36h、 48h、 60h、 72h 后高效液相色谱法分别检测 农药的残留量, 结果见表 3。结果表明降解菌菌液可以有效去除高效氯氰菊酯农药残留, 具 有很好的降解效果。
表 3 降解菌 HP-S-01 对高效氯氰菊酯的降解性能
注: 以上结果 3 次重复平均值 (± 标准误 SE)。2. 用本发明的菌剂进行田间农药残留降解试验示范
在田间选取未经施药的菜心, 划出 18 个小区, 每小区 6m2, 分别用手提式喷雾器喷 施 1000X、 1500X、 2000X 的 4.5%的高效氯氰菊酯乳油, 施药量约为 1g/667m2, 对照和处理相 间排列。 施药后 2 天均匀喷施降解菌菌液, 每小区 300mL, 以清水做对照, 喷施菌液 1、 2、 3天 后按五点取样法取菜心样气相色谱法测定其农药残留含量, 结果见表 4。 结果表明降解菌菌 剂可以有效去除高效氯氰菊酯农药残留, 具有很好的降解效果。
表 4 降解菌 HP-S-01 田间高效氯氰菊酯降解试验
注: 1) 以上结果 3 次重复平均值 (± 标准误 SE)。2) 表中同列数据后标有相同字母者表示在 5%水平差异不显著 (DMRT 法 )。计算 公式如下 :
式中 : C =标准品浓度 (mg·L-1) S1 =标准品峰面积 S2 =样品峰面积 V1 =标准品进样体积 (μL) V2 =样品进样体积 (μL) G =样品质量 (g) V =定容体积 (mL)。8