校园土壤中氯氟烃菊酯降解菌的筛选及其降解性能的研究

论文总字数：14424字

摘 要

氯氟氰菊酯是一种常见的杀虫剂，因其被广泛使用，导致大量农药残留，对环境造成污染。本研究尝试采用生物降解技术解决氯氟氰菊酯的农药残留问题。本文用富集培养法，从校园长期喷洒农药的土壤中筛选出能够降解氯氟氰菊酯的菌株，得到4株高效降解氯氟氰菊酯的菌株，其中有1株菌株（DS-1）对氯氟氰菊酯降解效果最强，降解率可达到80.82%。对菌株DS-1降解氯氟氰菊酯的条件及特性进行研究和优化，结果发现，在培养基中加入碳源有利于降解菌对氟氯烃菊酯的降解，其中淀粉为最佳碳源。降解最优条件为初始pH值为 7，温度为30℃，降解菌的接种量为2%，氯氟氰菊酯的初始浓度为500mg/L；在此条件下，降解菌对氯氟氰菊酯的降解效率最高，为91.71%。该研究为氯氟氰菊酯降解的研究提供了借鉴及基础。

关键词：拟除虫菊酯，氯氟氰菊酯，生物降解，降解条件优化，降解率

Abstract: Cyhalothrin is a common insecticide, which is widely used, resulting in a large number of pesticide residues and environmental pollution. In this study, biodegradation technology was used to solve the pesticide residue problem of cyhalothrin.Cyhalothrin-degrading strains were screened from the soil sprayed with pesticides for a long time. Four strains of Cyhalothrin degrading strains were obtained. One strain (DS-1) had the strongest degrading effect on cyhalothrin, and the degrading rate could reach 80.82%. The conditions and characteristics of degradation of Cyhalothrin by strain DS-1 were studied and optimized. The results showed that adding carbon source into culture medium was beneficial to the degradation of Cyhalothrin by degrading bacteria, and starch was the best carbon source. The optimum degradation conditions were initial pH 7, temperature 30 C, inoculation of 2% degrading bacteria and initial concentration of Cyhalothrin 500 mg/L. Under these conditions, the degradation efficiency of Cyhalothrin by degrading bacteria was the highest (91.71%). This study provides a reference and basis for the study of Cyhalothrin degradation.

Key words:Pyrethroid, Cyhalothrin, Bioremediation, Optimization of Degradation Conditions，Degradation rate

目 录

1 前言 3

2. 材料与方法 6

2.1 材料 6

2.2实验方法 6

3 结果与分析 8

3.1标准曲线的绘制 8

3.2氯氟氰菊酯降解菌的分离与筛选 8

3.3 pH对DS-1降解氯氟氰菊酯的影响 9

3.4 温度对DS-1降解氯氟氰菊酯的影响 10

3.5碳源对DS-1降解氯氟氰菊酯的影响 11

3.6初始氯氟氰菊酯浓度对DS-1降解氯氟氰菊酯的影响 12

3.7接种量对DS-1降解氯氟氰菊酯的影响 13

3.8氯氟氰菊酯降解曲线和降解菌DS-1生长曲线 14

结 论 16

参 考 文 献 17

致 谢 20

1 前言

化学农药在农业、林业和牧业生产之中被广泛的运用，同时也会在防害防疫等卫生安全方面使用。它有预防、减少农业、林业、牧业生产中的虫害等作用，并且可以有目的地调节、影响动植物生长。可以在农业生产中，为农作物的生长提供保障作用。化学农药于1761年开始运用于农业生产^[1]。我国农药市场增长势头较快，行业之间的竞争激烈，总体呈现良好发展态势，已发展成为全球第一大农药生产国和出口国^[2]，据2018年的一项数据统计, 国内农药生产企业达到2200多家，2017年全国总生产量达到294.1万吨，并且出口180多个国家及地区，农药产业已成为国内农业经济的重要支柱之一。

拟除虫菊酯(Pyrethroids)一类具有高效、杀虫谱广、低毒和能生物降解等特性的人工模拟天然除虫菊素合成的杀虫剂。国内目前一般使用拟除虫菊酯来代替剧毒、高残留杀虫剂 ^[3]。1973年，英国科学家们用卤素取代菊酸中不稳定的甲基，人工合成出了第一个不易被光分解的菊酯化合物氯菊酯，由此揭开了科学家们对拟除虫菊酯类杀虫剂的研究和开发。氯氟氰菊酯（cyhalothrin）别称为功夫菊酯，化学名称为alpha-氰基-3-苯氧基苄基-3-(2-氯-3,3,3-三氟-1-丙烯基)-2,2-二甲基环丙烷羧酸酯^[4]，是拟除虫菊酯类杀虫剂中重要的一种，其化学结构简式如下：

表一 氟氯氰菊酯的理化性质

图1 氟氯氰菊酯化学结构简式

外观与性状	无色至米色固体（原药）
相对密度	1:3（水=1）
蒸气压	20℃时小于1×10-3Pa
熔点	49.2℃
沸点	低于沸点在275℃分解
溶解性	水中不溶
辛醇/水分配系数的对数值	7.0
稳定性	在酸性溶液中稳定，在碱性溶液中易分解

氯氟氰菊酯具有高效、杀虫谱广、药效迅速等特点，氯氟氰菊酯杀虫、杀螨剂，主要是触杀和胃毒作用，可以抑制昆虫神经的轴突出部位的信息传导，并且不会被植物所吸收。能有效防治鳞翅目、鞘翅目 和半翅目等多种害虫，也可用来防治多种地表和公共卫生害虫^[5]。中国大多数还是以家庭为基础的分散式的农业生产，大多数农民对专业知识了解较少，缺乏药物使用的科学知识，在农药品种的选择上，往往根据自己的经验滥用药物的现象很常见 ^[6]。当下农业生产过程中，环境介质对污染物的自净能力要远远低于农药的积累率，大量喷洒农药，会导致农药残留在土壤中，再被作物吸收或渗入到地下水中，导致作物和水体的污染，部分农药还会挥发导致大气污染，进而对人体健康造成危害^[7]。因此，农药残留成为突出的食品和环境问题。为了让土壤和水体中的农药残留更快降解，减少农残污染以及其带来的危害，目前主要修复技术包括：物理修复、化学修复和生物修复等 ^[8]。

物理和化学修复法是利用污染物特定的物理化学性质，再去有效的去除物质中的污染物，适用于处理各类污染物，但是这种方法处理时，所需成本过高、工程量大等问题较多，并且在该过程中可能会造成环境的二次污染，甚至会破坏土壤原本的结构，所以该方法不适合处理农药的非点源污染^[9]。

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