抗阿特拉津基因PCR检测方法的建立与应用

阿特拉津是一种均三氮苯类除草剂,其作用机理是取代质体醌与叶绿体类囊体膜上的32kDa蛋白的结合,从而阻断光系统Ⅱ的电子传递而使光合作用受阻。32kDa蛋白由叶绿体psbA基因编码,psbA基因的突变使32kDa蛋白的第264位丝氨酸变为苷氨酸或丙氨酸,从而丧失与阿特拉津结合的能力,导致对阿特拉津除草剂的抗性。由于阿特拉津除草剂在大豆产区的广泛使用,选择和培育阿特拉津抗性     

阿特拉津降解菌株AD111的分离鉴定及其降解特性

【背景】玉豆轮作过程中,玉米田中长残留除草剂阿特拉津易对下茬大豆作物产生不良影响。【目的】从黑龙江省安达市的农田土筛选一株能适应该土壤环境生长的阿特拉津降解菌并研究其降解特性。【方法】利用富集培养法,分离、筛选一株阿特拉津高效降解菌并结合外观形态、生理生化及16SrRNA基因序列测定对其进行鉴定,通过单一变量法设置不同的碳源、pH、温度和阿特拉津浓度,研究降解菌株最佳发酵及降解条件。【结果】得到一株在BSM-G中能够以阿特拉津为唯一氮源生长的高效阿特拉津降解菌AD111,鉴定为马德普拉塔无色小杆菌(Achromobacter marplatensis)。菌株AD111降解阿特拉津的最适温度为35℃,最适pH为8.0,最佳碳源为蔗糖,24 h内对浓度为50 mg/L的阿特拉津降解率达到99.7%,对300 mg/L的阿特拉津降解率达到81.9%。【结论】降解菌AD111具有较好的环境适应及阿特拉津降解能力,为解决黑龙江偏碱土壤中阿特拉津残留提供了良好的候选菌株。     

水体阿特拉津残留对水葱生物量及生理特性的影响

利用营养液水培法, 研究了5个阿特拉津(atrazine)浓度(1、2、4、8和16 mg·L^-1)下水葱(Scirpus tabernaemontani)鲜重、叶片相对含水量(RWC)、丙二醛(MDA)含量、过氧化物酶(POD)活性、根系活力和叶绿素含量等的变化。结果表明, 水葱在阿特拉津胁迫下, 鲜重、RWC、叶绿素含量均有不同程度的下降, 根系活力和POD活性降低, 同时MDA含量上升, 膜脂过氧化程度加剧。由于阿特拉津的降解, 这种不良影响随处理时间的延长而减弱。但其对叶绿素含量的影响具持久性; 培养60天内, 叶绿素含量仍显著低于正常水平。阿特拉津浓度越高, 对水葱的植物毒性越高, 当浓度高于8 mg·L^-1时, 水葱的生长和生理活动受到显著影响(p < 0.05); 低于1 mg·L^-1时, 与对照无显著差异。     

阿特拉津生态风险及其检测和修复技术研究进展

随着农药等化学品在农业生产上的广泛应用,它们所带来的生态与环境问题日益严重。在世界许多国家和地区的地表水和地下水中以及大气沉降物中检测出了阿特拉津的残留物,它对生态环境的影响具有全球性。阿特拉津在土壤中的持留期较长并具有生物蓄积性,对粮食和食品安全构成潜在威胁。动物试验结果表明,阿特拉津具有生物活性,因此深入研究阿特拉津的生态风险问题是当务之急。文中提出了有关阿拉津生态风险研究的一些观点。随着各种检测分析手段的发展,阿特拉津的检测技术日臻成熟,为研究阿特拉津生态风险创造了有利条件。阿特拉津的生物修复技术已被高度重视。     

基因工程菌对阿特拉津的生物转化及其影响因素

研究考察了基因工程菌转化阿特拉津的共代谢碳源、转化动力学和影响因素。结果表明,作为共代谢碳源,葡萄糖优于乙酸盐,碳源浓度对转化影响不大,对工程菌生长影响显著。阿特拉津比转化速率与工程菌初始密度无关,与阿特拉津初始浓度有关,用Monod方程拟合转化动力学,求得方程参数为V_(max)=0．168/h,Ks= 30．49mg/L。降低温度会显著降低阿特拉津比转化速率;偏碱性的条件下,阿特拉津转化率较高,酸性条件严重抑制阿特拉津转化;盐度在一定范围内不影响转化活性;Co~(2 )、Fe~(2 )、Fe~(3 )和Zn~(2 )促进阿特拉津转化,Mn~(2 )、Ni~(2 )和Cu~(2 )抑制阿特拉津转化。菌体细胞对阿特拉津的吸附和转化作用呈正相关关系。     

基于XGBoost模型的土壤中阿特拉津降解预测

利用自动机器学习方法建立预测土壤中除草剂阿特拉津降解效率的最佳模型,可评估土壤中阿特拉津的残存风险。本研究收集了49篇已发表文献中的494对数据,选择土壤pH、有机质含量、饱和导水率、土壤湿度、阿特拉津初始浓度、培养时间和接菌量7个因素作为输入特征,以阿特拉津在土壤中的一级反应速率常数作为输出特征,建立了6种预测土壤中阿特拉津降解效率的模型。通过线性回归和相关评价指标对模型性能进行综合分析。结果表明：XGBoost模型在预测一级反应速率常数(k)方面性能表现最佳。基于预测模型获得各因素的特征重要性排名,依次为土壤湿度>培养时间>pH>有机质>阿特拉津初始浓度>饱和导水率>接菌量;应用SHAP解释各特征与土壤中阿特拉津降解能力间的潜在联系以及各特征贡献度发现,时间对k有负贡献,而饱和导水率则对k有正贡献。土壤湿度、阿特拉津初始浓度、pH、接菌量和有机质含量的高值普遍分布在SHAP=0两侧,说明它们对土壤中阿特拉津降解存在复杂贡献。XGBoost模型结合SHAP方法在预测k性能和可解释性方面具有较高的准确性。通过机器学习方法,充分挖掘历史试验数据的价值,...     

一株阿特拉津降解菌的分离鉴定及降解特性

从农药厂废水处理池的活性污泥中分离到一株阿特拉津降解菌X-4, 根据其生理生化特性和16S rRNA基因序列相似性分析, 将其初步鉴定为节杆菌属(Arthrobacter sp.)。该菌能以阿特拉津为唯一碳氮源生长, 42 h内对100 mg/L的阿特拉津降解效果为95.7%, 降解阿特拉津的最适温度为30 °C, pH为7.0。该菌对多种重金属离子都存在抗性, 显示了其在去除阿特拉津和重金属复合污染方面的应用潜力。对其降解基因的初步研究显示, 该菌含有trzN、atzB和atzC 3个阿特拉津降解相关基因。     

农田生态系统中除草剂阿特拉津的环境行为及其模型研究进展

阿特拉津是世界范围内广泛使用的除草剂,在曾经使用阿特拉津的国家的地下水、河流和湖泊中已经检测到阿特拉津的残留,长期暴露在该有机污染物的环境中,势必对动物的生殖与繁衍及人体的健康产生不良影响。介绍了阿特拉津国内外的研究情况,着重评述了阿特拉津的吸附机制与影响因素、化学降解、生物降解、生态毒理学评价以及模型对其环境行为的描述,目的旨在帮助理解田间阿特拉津迁移机制及其如何污染地下水。农田生态系统中阿特拉津的迁移规律决定其环境行为,它是进行环境和健康风险评价的基础,目前应用较多的迁移模型是经典的对流-扩散方程,该模型已广泛运用于水-土系统中化学物质的迁移,且室内模拟的实验结果能较好解释田间现象,因此,开展阿特拉津在稳定流场饱和/非饱和室内土柱中的混合置换实验及批量平衡吸附实验,可获得反映阿特拉津迁移的穿透曲线特性及阿特拉津吸附性能的分配系数,结合数学模型拟合阿特拉津在土壤中非平衡迁移曲线,用拟合参数预测不同深度土壤中阿特拉津浓度变化和累积淋溶量动态规律,应该是今后研究工作的重点。     

阿特拉津降解菌ATR3的分离鉴定与土壤修复

阿特拉津因效率高、价格低廉,是我国玉米田施用最广泛的除草剂之一,但其结构稳定,残留时间长,因此对生态环境和人类健康造成了一定的危害。从长期受阿特拉津污染的玉米田土壤中筛选并鉴定阿特拉津降解菌,明确其在不同类型土壤中的去除能力。对分离出的阿特拉津降解菌ATR3进行生理生化分析和16S rRNA序列鉴定,确定菌株ATR3为节杆菌属（Arthrobacter sp.）。该菌株以阿特拉津为唯一氮源,培养48 h后对1 000 mg/L阿特拉津的去除率达到97%以上。敏感作物盆栽试验结果表明,阿特拉津在棕壤上去除最快,褐土次之,黑土最慢,说明阿特拉津在土壤中的去除过程与土壤本身的理化性质呈相关关系。同时,该菌株处理14 d后,能明显恢复玉米的各项生物学指标,说明该菌株对阿特拉津污染土壤具有良好的修复能力。为阿特拉津降解菌剂的推广利用提供参考。     

抗阿特拉津转基因大豆植株后代的遗传分析

本试验用阿特拉津溶液涂抹、荧光诱导动力学检测、分子杂交等方法对抗阿特拉津转基因大豆植株的后代进行了鉴定,在第二代及第三代中检测到了抗性基因的存在,表明从龙葵中得到的此抗阿特拉津 psbA 基因不仅能导人大豆叶绿体基因组中获得表达,而且可以遗传到后代。     

阿特拉津降解菌株的分离、鉴定和工业废水生物处理试验

用液体无机盐培养基富集培养法和无机盐平板直接分离法, 从生产阿特拉津的农药厂的废水和污泥混合物中分离到13个能以阿特拉津为唯一氮源生长的细菌菌株。通过16S rRNA基因序列分析, 11个菌株被鉴定为Arthrobacter spp., 2个菌株被鉴定为Pseudomonas spp.。对阿特拉津降解活力最高的Arthrobacter sp. AD30和Pseudomonas sp. AD39的降解基因组成和降解特性进行了详细研究。降解基因的PCR扩增表明, AD30和AD39都含有trzN-atzBC基因, 能将有毒的阿特拉津降解成无毒的氰尿酸。降解实验表明, 向阿特拉津浓度为200 mg/L的无机盐培养基中分别接种等量的AD30、AD39和这两个菌株的混合菌液, 30°C振荡培养48 h以后, 阿特拉津去除率分别为92.5%、97.9%和99.6%, 表明混合菌的降解效果好于单菌。用AD30和AD39的混合菌液接种阿特拉津浓度为176 mg/L的工业废水, 30°C振荡培养72 h以后, 99.1%的阿特拉津被去除, 表明混合菌株在阿特拉津工业废水的生物处理中有很好的应用潜力。     

阿特拉津降解菌株DNS32的降解特性及分类鉴定与降解途径研究

【目的】研究阿特拉津降解菌株DNS32的菌种分类、降解特性及降解途径,丰富阿特拉津降解菌菌种资源。【方法】在长期施用阿特拉津的东北地区寒地黑土中筛选出一株以阿特拉津为唯一氮源生长的降解菌株DNS32,测定其基本降解特性,通过16S rRNA序列分析进行分类鉴定,并利用阿特拉津降解基因PCR扩增技术及降解产物生成量的测定,进一步揭示其降解途径。【结果】实验结果发现DNS32菌株具有较好的降解能力,且在相对较低温度下也具有一定的降解能力。16S rRNA序列分析结果表明DNS32与鲁氏不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)16S rRNA序列同源性高达99%。成功地扩增降解基因trzN、atzB及atzC,实验结果表明DNS32遵循Arthrobacter aurescens TC1的降解模式,可将阿特拉津降解为氰尿酸,降解产物的生成量测定也证明了这一点。【结论】实验结果丰富了阿特拉津降解菌菌种资源,为不动杆菌属的阿特拉津降解菌研究提供了参考。     

阿特拉津和林丹对紫贻贝生长与繁殖净能的影响

本研究评估了亚致死浓度的林丹(1/2的60dLC50,0.935mg/L)和阿特拉津(1/2的60dLC50,3.585mg/L)对海洋性贝类影响的生理学反应。林丹和阿特拉津是已被公认的环境污染物质。56d的实验表明,这两种农药在贝类体内具有积累作用,而且在体内各器官的积累程度与其作用的靶器官相一致。林丹在体内的积累浓度(每克干重372μg)比阿特拉津(每克干重137μg)更高。该贝类在林丹中暴露56d,其氧的消耗比对照组降低10%,而在阿特拉津中则比对照组提高了29%。经林丹和阿特拉津暴露后,增加了氨排泄物。但是,两种农药均使贝类的取食率和吸收率下降。林丹会降低贝类的取食率、氧消耗、氨排泄、食物吸收率以及生长范围。在形式上,阿特拉津对贝类的影响与林丹的影响有不同之处,它会降低贝类的取食率和食物吸收率,但与林丹不同的是,它会提高贝类的氧消耗和氨排泄。总之,阿特拉津会明显地减小贝类繁殖净能。因此,阿特拉津暴露与林丹暴露的毒性症状是一致的。结合组织化学分析,贝类的生理学反应可作为一种理想的环境监测工具。研究结果表明,在二分之一的半致死浓度下暴露两个月,不仅能有效地证明林丹和阿特拉津在贝类组织内具有积累作用,而且对这些积累能产生生理反应。     

阿特拉津及其降解菌的使用对土壤微生物群落的影响

比较了阿特拉津及降解菌株BTAH1的使用对土壤微生物的影响.结果表明,在实验周期内阿特拉津对土壤微生物的代谢作用有较明显的刺激作用,与空白土壤(未施用阿特拉津和降解菌)相比,对照土壤(施用50mg·kg^-1土阿特拉津)呼吸强度显著增加,且土壤中的阿特拉津浓度对土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度的影响显著.降解菌BTAH1可在1周内降解土壤中98%以上的阿特拉津,从而使土壤呼吸强度有所下降,土壤中NH₄⁺-N和NO₃^--N的浓度基本与空白土壤持平,对微生物量C和微生物量N影响不显著;放线菌和真菌数量也基本与空白持平,细菌数量较高.对土壤细菌的16SrDNA文库的ARDRA分析发现,阿特拉津及其降解菌的使用对土壤细菌群落结构有一定程度的影响,阿特拉津的使用会降低细菌群落的多样性,而降解菌的使用会恢复土壤细菌的多样性.     

阿特拉津降解菌SYSA的分离筛选和鉴定

从长期施用阿特拉津的土壤中筛选到1株能够以阿特拉津为惟一碳源生长的菌株SYSA,经生理生化特性鉴定和16S rDNA序列分析,该菌为阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae).对SYSA菌的生物学特性研究表明,pH 7-8,30℃时,在以阿特拉津(20 mg/L)为惟一碳源的培养基上经146 h培养,降解率为87%.     

阿特拉津降解菌T_3 AB_1的分离鉴定及土壤修复

【目的】从阿特拉津污染土壤分离高效降解菌株,进行分类学鉴定、降解特性及黑土修复能力初步研究,为阿特拉津污染土壤微生物修复提供新的菌株。【方法】通过形态特征、生理生化特征和16S rDNA序列分析方法进行菌株鉴定;通过培养时间、温度、pH值等环境因素的研究得出菌株的最佳降解条件;通过降解菌株接种于不同种类除草剂为唯一碳氮源培养基获得该菌株的降解谱;通过土壤接种和敏感作物盆栽生测试验验证菌株对阿特拉津污染土壤修复能力。【结果】本试验从黑龙江省讷河市长期施用阿特拉津的玉米田地中分离出一株能以阿特拉津为唯一碳氮源生长的细菌T3AB1,初步鉴定为节杆菌属(Arthrobacter sp.),该菌株在72 h内对500 mg/L阿特拉津(pH 8.0)的降解率高达99%,其降解能力较高的条件为pH7.0-8.0、25-30℃、摇培72-108 h,该菌株能够利用甲氧咪草烟、咪唑乙烟酸、氟磺胺草醚、氟乐灵、异噁草松为唯一碳氮源进行生长,处理168 h的降解率能够达到12.66%-40.54%,该菌株处理21 d能够显著恢复敏感作物水稻的各项生物量指标,且随着处理时间的延长,其对土壤的修复作用也会逐渐增强。【结论】从黑龙江省污染土壤中筛选得到的高效降解阿特拉津的节杆菌属近缘种T3AB1,土壤接种实验表明该菌株具有很好的土壤修复作用,可为阿特拉津生物修复的研究提供适宜菌种资源。     

龙葵叶绿体的阿特拉津抗性基因psbA的核苷酸序列及有关分析

对克隆在psb135质粒上的来自龙葵阿特拉津抗性生物型的psbA基因进行DNA序列分析,测得长为1384个核苷酸的全序列,包括该基因的全部编码区和5′上游顺序。该基因的核苷酸序列与另一个独立来源的龙葵阿特拉津抗性基因的核苷酸序列完全相同,在由核苷酸推导的氨基酸序列的基础上,比较了分别由龙葵抗阿特拉津和对阿特拉津敏感的psbA基因编码的32kD蛋白质的二级结构,并对其可能的含意进行了讨论。     

工业废水中阿特拉津降解细菌的遗传和生理多样性

【目的】通过遗传学和生理学实验,揭示分离自工业废水的阿特拉津降解细菌具有遗传和生理多样性,为阐明阿特拉津生物降解的分子机理和阿特拉津降解细菌在污染环境生物修复中的应用提供新见解。【方法】用普通PCR方法检测菌株的阿特拉津降解基因,分析其降解基因组成;用基因组重复序列PCR技术(rep-PCR)分析降解菌株的基因组类型;用Western blot方法检测菌株阿特拉津降解途径的第一个酶三嗪水解酶(TrzN);用不同氮源(阿特拉津、莠灭净、扑草净、西玛津、氰草净、阿特拉通和氰尿酸)和碳源(蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、乳糖、柠檬酸钠、乙酸钠和琥珀酸钠)培养降解菌株,通过检测培养液的OD600值,证明菌株能够利用的氮源和碳源种类。【结果】对分离自工业废水的27个阿特拉津降解菌株所进行的阿特拉津降解基因PCR检测表明,其降解基因组成分别为trzN-atzBC、trzN-atzABC和atzADEF;通过rep-PCR实验将27个阿特拉津降解菌株分为7个群;Western blot结果表明,27个菌株中有24个含有三嗪水解酶TrzN;氮源利用实验表明,2个菌株能够利用所有7种氮源生长,其余25个菌株只能利用其中的2-6种;碳源利用实验表明,10个菌株能够利用所有7种碳源生长,其余17个菌株只能利用其中的3-6种。【结论】分离自某工业废水的27株阿特拉津降解功能菌存在相当广泛的遗传和生理学上的多样性,trzN-atzABC降解基因组成为首次发现。     

阿特拉津对雄性鲫鱼血清雌二醇含量的影响

在实验室条件下研究了除草剂阿特拉津对鲫鱼(Carassius auratus)的急性毒性以及在不同暴露浓度和不同作用时间下低剂量阿特拉津对雄性鲫鱼血清雌二醇含量的影响.结果表明:阿特拉津对鲫鱼的24、48和96 h的LC50分别为229.33、146.17和105.94 mg·L-1,安全浓度为10.59 mg·L-1;长期(24 d)暴露时,低浓度(0.1～5.0 mg·L-1)阿特拉津对雄性鲫鱼血清雌二醇的合成具有诱导作用,且1.0 mg·L-1的诱导作用最强,与对照组相比血清雌二醇含量增加了84.1%;高浓度(10.0 mg·L-1)阿特拉津对雄性鲫鱼血清雌二醇的合成具有抑制作用;在5.0 mg·L-1浓度下,各个处理时间的血清雌二醇含量均高于对照组,其中第14天时雌二醇含量最高,比对照组增加50%(P＜0.01).血清雌二醇含量的变化直接影响雄性鲫鱼的生殖功能和性征变化,因富集阿特拉津而导致血清雌二醇浓度发生显著变化的雄性鲫鱼可能会出现一定的生殖缺陷.     

阿特拉津和毒死蜱对东北小鲵蝌蚪氧化应激的影响

为了研究阿特拉津和毒死蜱单一及联合暴露对东北小鲵(Hynobius leechii)蝌蚪抗氧化酶活性的影响,实验选择不同浓度、不同时间点阿特拉津和毒死蜱单一及联合暴露对东北小鲵蝌蚪超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)及丙二醛(MDA)的影响。结果表明,随着暴露时间的增加及各处理组浓度的升高,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性明显降低,丙二醛(MDA)水平明显上升,从而说明阿特拉津和毒死蜱单一及联合暴露会对东北小鲵蝌蚪的抗氧化酶系活性产生影响,进而产生毒理效应。当暴露21 d后,通过恢复实验,发现恢复末期与暴露末期相比,低浓度组和中浓度组上述3种酶活性变化不显著,而高浓度组上述3酶活性均有明显改善。