阿特拉津高效降解菌株的篩選和降解特性研究*

朱 靜,李鐵晶

（東北農業大學 食品學院，黑龍江 哈爾濱 150080）

阿特拉津,商品名莠去津，英文名Atrazine（ATZ），化學名稱:2-氯-4-乙胺基-6-異丙胺基-1，3，5-三嗪。作為一種三嗪類除草劑，阿特拉津成本低且除草效果好，在世界范圍內得到了廣泛應用[1]。由于多年的大量使用，殘留期長，形成了對土壤、水體等自然媒介的污染，在環境水體中檢出率較高[2，3]。目前，阿特拉津已經被認定為內分泌干擾物質（EDCs）[4]。

針對阿特拉津造成的污染問題，許多物理和化學去除方法被提出[5-7]，但去除效果都不盡理想，且生成的副產物不僅毒性大且更易擴散和滲透，造成水體的污染，生物降解具有成本低、效率高、無二次污染等諸多優點。目前，已報道的阿特拉津降解微生物主要以細菌為主也分離到少量真菌、放線菌和藻類等[8]。

本研究利用富集培養法，從污水處理場的污泥中分離得到1株阿特拉津高效降解菌株。對其進行菌種鑒定并對其降解特性進行研究，以期今后對該降解菌株做進一步的研究及ATZ污染水體的生物修復應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗儀器

Waterse2695高效液相色譜儀-2998紫外檢測器（美國Waters公司）；HITACHI掃描電子顯微鏡；HZQ-FX恒溫震蕩培養箱（東聯電子公司）；HVE-50高壓滅菌鍋（HIRAYAMA）等。

1.2 培養基

標準阿特拉津液體培養基（g·L-1）：KH2PO40.9，Na2HPO4·12H2O 6.5，MgSO4·7H2O 0.2，萄萄糖 3.0，阿特拉津0.5（氮源，配成10g·L-1甲醇儲液，高壓滅菌之前加入）。

LB 培養基（g·L-1）:蛋白胨 10，酵母粉 5，NaCl 10，蒸餾水定容至1L。

1.3 色譜分析條件

阿特拉津濃度采用高效液相色譜法測定。色譜柱為 4.6×250mm，5μm反相 C18柱;柱溫 25℃;以乙腈和水做為流動相，體積比為40∶60，流速為lmL·min-1；檢測器檢測波長為200nm；進樣量10μL。

1.4 降解菌株的分離與篩選

采用富集培養法，梯度馴化方式，取250mL三角瓶，裝50mL阿特拉津液體培養基，接種5mL污泥混合液30℃，150r·min-1振蕩培養。5d后取5mL培養液于50mL新培養基中，阿特拉津濃度增加到200mg·L-1重復上述步驟，每次阿特拉津濃度增加100mg·L-1，至終濃度 500mg·L-1。

1.5 16S rRNA基因PCR擴增和測序

用PCR方法，以L-1菌株的總DNA為模板，擴增16SrRNA基因，產物檢測后回收純化，與pMD19-T載體連接，轉化E.coliDH5α。重組質粒由北京鼎國生物公司進行測序。用GenBank數據庫進行菌株的16S rRNA基因序列Blast比對，搜索同源性最高的相關序列，進行進化樹作圖，確定菌株L-1分類。

2 試驗結果

2.1 阿特拉津降解菌株的分離

通過富集培養，從城市污水處理廠的污泥混合物中分離和篩選出一株能夠降解除草劑阿特拉津的降解菌株，命名為L-1。該降解菌株能夠利用阿特拉津作為唯一氮源進行生長。

2.2 降解菌株的鑒定

菌株L-1葡萄糖發酵、明膠液化和接觸酶反應陽性，淀粉水解、甲基紅（M.R）、V-P、氧化酶反應為陰性。于LB培養基培養約24和72h后發現，24h的幼齡細胞呈現短桿狀見圖1。

圖1 幼齡細胞掃描電子顯微鏡圖（×10000）Fig.1 Scanning electron micrograph of L-1 young cells

72h的老齡菌體細胞呈現圓球形見圖2。表明L-1菌株細胞存在明顯的桿球變化特征。

圖2 老齡細胞掃描電子顯微鏡圖（×10000）Fig.2 Scanning electron micrograph of L-1 aging cells

將降解菌L-1的16S rRNA基因序列提交GenBank數據庫，獲得登錄號為FJ378034，對該序列進行Blast比對，結果顯示與多個節桿菌屬（Arthrobacter sp.）細菌的16S rRNA基因同源性在99%以上。結合菌株形態和生理生化特征，鑒定該菌株為節桿菌屬（Arthrobacter sp.）。

圖3 菌株L-1的16S rRNA基因系統發育樹Fig.3 Phylogenetic tree of the 16S rRNA genes of strain and other related strains

2.3 降解菌生長曲線和降解曲線

圖4 L-1菌株的生長（a）的阿特拉津降解曲線（b）Fig.4 Curves of growth（a）and atrazine degradation（b）of strain L-1

由圖4菌株生長和降解曲線可見，L-1菌株的對數生長期為24～60h，此后進入穩定期。在前12h時阿特拉津的利用率很低，進入對數生長期后降解速度開始迅速加快，96h阿特拉津的降解率達到94.8%，降解效果理想。

2.4 溫度對降解的影響

在不同溫度下，考察菌株L-1對阿特拉津的降解效果。結果發現L-1菌株在15～30℃條件下隨著溫度的升高，降解率隨之增大。在30℃達到最大降解率約92.8%后，當溫度繼續增加，降解率急速下降。當溫度為40℃時僅為21.2%，表明該菌株不能耐受較高溫度，這與很多節桿菌屬（Arthrobacter sp.）細菌類似。

圖5 溫度對阿特拉津降解率的影響Fig.5 Effect of temperature on atrazine biodegradation

2.5 pH值對降解的影響

不同的初始pH值對降解效果的考查發現，菌株L-1在pH值為6時降解效率理想，降解效率為82.2%，說明L-1菌株能適應一定的弱酸環境；在pH7～8范圍內，降解率達到最大，96h的最大降解率為94%左右；當pH＞8時，隨著pH的逐漸升高，降解率隨之減少，至pH值為10時，降解效率只有45%左右；因此，L-1菌株的最佳pH值范圍為7～8。

圖6 pH值對阿特拉津降解率的影響Fig.6 Effect of pH on atrazine biodegradation rate

3 結論

（1）通過富集培養法，從污水處理場的污泥中分離得到1株阿特拉津高效降解菌株，命名為L-1。通過菌體形態觀察并結合生理生化反應及16S rRNA鑒定，判斷該菌為節桿菌屬（Arthrobacter sp.）。

（2）將L-1接種于500mg·L-1的阿特拉津無機鹽培養基，96h對阿特拉津的降解率達到94.8%，降解效果理想。通過室內降解效果優化試驗，確定菌株L-1對阿特拉津最佳降解條件:溫度為30℃，初始pH值范圍為7～8。

［1］Luciane S，Attilio C.2010.New aspects on atrazine biodegradation［J］.Brazilian Archives of Biology and Techonlogy，2010，53（2）:487-496.

［2］Freitas LG，Singer H，Müller S R，et al.Source area effects onherbicide losses tosurface waters-A case studyin the Swiss Plateau［J］.Agriculture，Ecosystems&Environment，2008，128（11）:177-184.

［3］吳衛東，周馳.高壓液相色譜測定地表水和飲用水中的阿特拉津［J］.干旱環境監測，2011，25（1）:1-8.

［4］Guérit I，Bocquené G，James A，et al.Environmental risk assessment:A critical approach of the European TGD in an in situ application［J］.Ecotoxicology and Environmental Safety，2008，71（9）:291-300.

［5］樂馳，莊惠生.膠圖強化超濾處理水中阿特拉津的研究［J］.干旱環境監測，2011，25（2）:65-69.

［6］李紹峰，梁媛，張榮全，等.O3/H2O2降解Atrazine效能研究［J］.環境科學，2009，30（5）:1425-1429.

［7］Hiroshi A，Toshihiko M.Experimental study of behavior of endocrine-disrupting chemicals in leachate treatment process and evaluation of removal efficiency［J］.Waste Management，2009，29:1852-1859.

［8］萬年升，顧繼東，段舜山.莠去津生態毒性與生物降解的研究［J］.環境科學學報，2006，26（4）:552-560.