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        3株氟咯草酮降解菌株的篩選及其生物降解效果研究

        2021-02-23 05:33:36雷向榮
        關(guān)鍵詞:草酮菌液除草劑

        雷向榮,沈 碩,4,李 瑋,3,5*

        (1. 青海大學(xué),西寧 810016;2. 青海省農(nóng)林科學(xué)院,西寧 810016;3. 青海省農(nóng)業(yè)有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西寧 810016;4. 青海省馬鈴薯育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西寧 810016;5. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西寧作物有害生物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站,西寧 810016)

        隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展,農(nóng)藥被廣泛用于獲得更高的作物產(chǎn)量,由于殘留水平高、利用率低,許多農(nóng)藥殘留在土壤、水、作物和空氣中,造成環(huán)境污染[1-3]。包括人類在內(nèi)的非目標(biāo)生物接觸農(nóng)藥,會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的不良影響[4,5];除草劑作為應(yīng)用最廣泛的農(nóng)藥,顯著提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和作物產(chǎn)量[6],但大規(guī)模使用農(nóng)藥會(huì)對(duì)作物和環(huán)境造成間接的不利影響,除草劑可能會(huì)影響植物酶或中斷生物系統(tǒng),從而傷害或破壞正常的植物生長(zhǎng)和發(fā)育,最終導(dǎo)致植物死亡[7-9];其不可避免地通過(guò)瀝濾和地表徑流進(jìn)入地表水,這種除草劑會(huì)對(duì)水生生物和無(wú)脊椎動(dòng)物以及土壤環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害[10,11]。所以,大量的除草劑的土壤殘余會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)可續(xù)性發(fā)展造成極大阻礙[12]。氟咯草酮(flurochloridone,F(xiàn)LC)作為一種新型的吡咯酮類芽前施用的選擇性除草劑,可有效防除冬小麥、棉花、向日葵、胡蘿卜和土豆田的大部分闊葉雜草,近年來(lái)得到了廣泛的推廣,并于2014年被我國(guó)列為農(nóng)藥優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目[13-16]。然而,氟咯草酮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的普遍使用會(huì)在生態(tài)環(huán)境中留下大量的殘余[6]。研究表明,在青海高原三個(gè)不同地區(qū)(海東、海西和海北)進(jìn)行25%氟咯草酮乳油在馬鈴薯中的消解動(dòng)態(tài)和殘留分析,氟咯草酮在三個(gè)地區(qū)土壤中的半衰期分別為25.7、27.7和19.3 d,葉片中分別為8.1、10.2和7.0 d[17]。由此可見(jiàn),氟咯草酮的半衰期較長(zhǎng)且在自然條件下降解速率較為緩慢,如何對(duì)其進(jìn)行快速而安全地降解是亟待解決的問(wèn)題。

        生物修復(fù)是一種利用活的綠色植物或微生物來(lái)去除土壤、地表水和地下水中的污染物的技術(shù),而以微生物修復(fù)理論為基礎(chǔ)的除草劑的殘留降解技術(shù)是解決土壤修復(fù)問(wèn)題的有效途徑[18]。微生物修復(fù)法被廣泛用于除草劑阿特拉津(Atrazine)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中殘留的降解研究中,具有阿特拉津生物降解性的不同類型的微生物(細(xì)菌、真菌)已被大量識(shí)別、分離,并廣泛應(yīng)用于阿特拉津殘余的去除。由鐵氧化菌(iron-oxidizing bacteria)、采絨革蓋菌Coriolus versicolor和白腐菌(white rot fungi)組成的混合微生物也可有效降解阿特拉津,降解率甚至可達(dá)到98%[19]。近年來(lái),關(guān)于除草劑微生物降解的研究較多,其中磺酰脲類、氯乙酰胺類、咪唑啉酮類、三嗪類除草劑降解菌的研究取得了突破性的進(jìn)展[20-35],然而對(duì)除草劑氟咯草酮降解菌株的相關(guān)研究和報(bào)道較少。本研究以應(yīng)用青海馬鈴薯田間雜草防除的氟咯草酮為研究對(duì)象,在前期引進(jìn)手性除草劑氟咯草酮并進(jìn)行該藥劑在高原馬鈴薯田的除草效果、安全性、使用方式、使用劑量、殺草譜等方面研究的工作基礎(chǔ)上[36],篩選來(lái)源于青海本地生境的微生物降解菌株,初步探明氟咯草酮在高效降解菌作用下的降解效率以及降解菌株對(duì)后茬作物的安全性,以期為該藥劑的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù),對(duì)保護(hù)三江源生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

        1 材料與方法

        1.1 供試材料

        1.1.1 土壤樣品 土樣來(lái)自青海省農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所試驗(yàn)地施用氟咯草酮的馬鈴薯田,該試驗(yàn)地連續(xù)3年施用制劑量為1250.0 g a.i./hm2的25%氟咯草酮進(jìn)行播后苗前封閉處理土壤。

        1.1.2 試劑 氟咯草酮原藥由上海泰禾集團(tuán)有限公司提供。

        1.1.3 培養(yǎng)基 LB液體培養(yǎng)基:肉提取物3 g,蛋白胨10 g,乳糖5 g,溴麝香草酚藍(lán)0.024 g,pH 7.0,115 ℃滅菌30 min;固體培養(yǎng)基加入1.5%的瓊脂。改良馬丁培養(yǎng)基:酵母浸出粉2 g,葡萄糖20 g,蛋白胨5 g,磷酸氫二鉀1 g,硫酸鎂0.5 g,pH(6.4±0.2),121 ℃滅菌30 min;固體培養(yǎng)基加入1.5%的瓊脂。高氏1號(hào)培養(yǎng)基:氯化鈉0.5 g,可溶性淀粉20 g,硝酸鉀1 g,磷酸氫二鉀0.5 g,硫酸亞鐵0.01 g,無(wú)水硫酸鎂0.244 g,121 ℃滅菌30 min;固體培養(yǎng)基加入1.5%的瓊脂。無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基:硫酸銨0.4 g,硝酸銨1.2 g,磷酸二氫鉀0.5 g,磷酸氫二鉀1.5 g,硫酸鎂0.5 g,氯化鈉0.5 g,酵母提取物0.05 g,pH 7.0,121 ℃滅菌30 min。固體培養(yǎng)基加入1.5%的瓊脂。

        1.1.4 儀器 液相三重四級(jí)桿液質(zhì)聯(lián)用儀(型號(hào)LCMS-8040,日本島津公司)條件為霧化氣流量3.0 L/min;DL管溫度:250 ℃;加熱塊溫度:450 ℃;干燥氣流量:15 L/min;柱溫箱:40 ℃;流速:0.25 mL/min;梯度洗脫:B泵濃度50%,2 min變?yōu)?%,5.01 min變?yōu)?0%,8 min結(jié)束。多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(Multiple Reaction Monitoring,MRM)來(lái)檢測(cè)氟咯草酮,并且正電離和負(fù)電離模式均用于調(diào)整質(zhì)譜(Mass Spectrometry,MS)參數(shù)。色譜條件:色譜柱,C18柱;柱溫,40 ℃;流動(dòng)相A為甲醇,流動(dòng)相B為0.1%乙酸+5 mmol/L乙酸銨;流速,0.4 mL/min;進(jìn)樣體積,2.0 μL。質(zhì)譜條件見(jiàn)表1。

        表1 質(zhì)譜條件Table 1 Mass spectrometry conditions

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2.1 菌種的分離純化 稱取10 g土樣加有90 mL無(wú)菌水的250 mL三角瓶中,28 ℃、180 r/min恒溫振蕩培養(yǎng)30 min獲得稀釋10倍的菌懸液,吸取1 mL菌懸液加到含9 mL無(wú)菌水的試管中,稀釋成10-2,按此方法依次10倍系列稀釋,分別吸取0.1 mL濃度在10-4、10-5和10-6的菌液,在提前準(zhǔn)備好的高氏1號(hào)、改良馬丁和LB固體培養(yǎng)基中用滅過(guò)菌的涂布棒進(jìn)行涂布,每組3次重復(fù);將涂布好的平板置于生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng),LB平板在37 ℃下培養(yǎng)1 d,改良馬丁培養(yǎng)基28 ℃培養(yǎng)5~7 d;高氏1號(hào)培養(yǎng)基28 ℃培養(yǎng)4~14 d,在平板中挑取單菌落重復(fù)多次劃線分離培養(yǎng),直至分離出單菌落,將單菌落保存于相應(yīng)的固體斜面培養(yǎng)基中。

        1.2.2 微生物的馴化 配置500 mL無(wú)機(jī)鹽固體培養(yǎng)基,高壓滅菌,待溫度冷卻到40 ℃左右時(shí)吸取10 mg/L的氟咯草酮標(biāo)準(zhǔn)母液5 mL,制備成氟咯草酮濃度為0.1 mg/L的無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基,將分離純化得到的菌株接種在此平板上28 ℃條件下培養(yǎng)2~3 d,將能夠在0.1 mg/L的氟咯草酮無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的菌種轉(zhuǎn)代接種于濃度為0.2 mg/L的無(wú)機(jī)鹽固體培養(yǎng)基中,繼續(xù)馴化轉(zhuǎn)代培養(yǎng),當(dāng)氟咯草酮濃度增大到1 mg/L時(shí)若還能在平板上生長(zhǎng),即此菌株具有降解氟咯草酮的潛能,保存菌株研究其降解特性。

        1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 將氟咯草酮標(biāo)準(zhǔn)品配置成0.01、0.05、0.1、0.2、0.5和1 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液,根據(jù)氟咯草酮出峰的保留時(shí)間定性、峰面積定量,以氟咯草酮進(jìn)樣濃度和峰面積關(guān)系制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

        1.2.4 菌株降解能力的測(cè)定 將馴化得到的具有降解氟咯草酮潛能的菌株分別接種至無(wú)機(jī)鹽液體培養(yǎng)基中,28 ℃、180 r/min振蕩培養(yǎng)72 h,作為種子液。將種子液以5%的接種量接到濃度為1 mg/L的氟咯草酮無(wú)機(jī)鹽液體培養(yǎng)基中,28 ℃、180 r/min振蕩培養(yǎng),每隔1、3、5、7和14 d取樣,以添加相同濃度氟咯草酮不接菌的各培養(yǎng)基為對(duì)照,高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)分析各菌株對(duì)氟咯草酮的降解率。吸取10 mL培養(yǎng)液,置于50 mL具塞離心管中,加入10 mL乙腈溶液。渦旋振蕩3 min至充分混勻。加入3 g NaCl,渦旋1 min,5000 r/min離心5 min,取上清液1.5 mL,加入50 mg PSA和100 mg無(wú)水硫酸鎂,渦旋1 min,以12000 r/min離心2 min。取上層清液,經(jīng)0.22 μm膜過(guò)濾后,供液相三重四級(jí)桿液質(zhì)聯(lián)用儀測(cè)定。降解率計(jì)算公式[37]:Q(%)=(C0-Ct)/C0×100,式中Q為氟咯草酮降解率(%),C0為氟咯草酮的初始濃度(mg/L);Ct為培養(yǎng)結(jié)束后培養(yǎng)基中殘留的氟咯草酮含量(mg/L)。

        1.2.5 降解菌株的形態(tài)學(xué)鑒定 菌株FL-G-2在高氏1號(hào)固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)2 d,菌株FL-M-2、FL-M-3分別在改良馬丁培養(yǎng)基上培養(yǎng)5 d,分別于載玻片上點(diǎn)無(wú)菌水1滴,用解剖針挑取少許孢子均勻分散涂抹于水中,于40×光學(xué)顯微鏡下觀察其形態(tài)特征。

        1.2.6 降解菌株的分子鑒定 使用Ezup柱式真菌基因組DNA抽提試劑盒,分別提取菌株FL-M-2、FL-M-3的基因組DNA[38],選擇ITS基因進(jìn)行PCR擴(kuò)增;使用Ezup柱式細(xì)菌基因組DNA抽提試劑盒提取菌株FL-G-2的基因組DNA[39],選擇16S rDNA基因進(jìn)行PCR擴(kuò)增(表2)。擴(kuò)增產(chǎn)物由上海生工生物公司完成測(cè)序,獲取序列后,登錄NCBI網(wǎng)站選擇Blast窗口,輸入獲得的基因序列進(jìn)行同源性序列比對(duì),用MEGA 6.0軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。

        表2 構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹引物信息Table 2 Primers of phylogenetic tree

        1.2.7 降解菌株生長(zhǎng)曲線測(cè)定 將篩選得到的3株降解菌分別在28 ℃、180 r/min振蕩培養(yǎng),每隔1 d取樣,每次取樣100 μL菌液,用酶標(biāo)儀測(cè)定菌株FL-M-2和FL-M-3菌液在OD620下的吸光值,菌株FL-G-2菌液在OD600下的吸光值,分別作菌株生長(zhǎng)曲線圖。

        1.2.8 降解菌株的安全性評(píng)價(jià) 采用種子萌發(fā)法[40]。在28 ℃、180 r/min的培養(yǎng)條件下,在平板上挑取菌株FL-G-2單菌落接種到高氏1號(hào)液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)3 d,在平板上挑取菌株FL-M-2、FL-M-3單菌落分別接種到改良馬丁液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)3 d,分別制成種子液,再將各種子液以5%的接種量分別接入各液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)5 d,將菌懸液濃度均調(diào)整為1×108cfu/mL;以小麥和油菜種子為受體,向每個(gè)培養(yǎng)皿中播入16粒種子,用移液管每皿添加5 mL菌懸液,共設(shè)置4個(gè)處理:(1)FL-M-2菌懸液(1×108cfu/mL);(2)FL-M-3菌懸液(1×108cfu/mL);(3)FL-G-2菌懸液(1×108cfu/mL);(4)清水對(duì)照。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù),在智能光照培養(yǎng)箱中25 ℃恒溫保濕光照培養(yǎng),光照12 h,黑暗12 h。種子在生測(cè)前進(jìn)行滅菌消毒,之后分別加入蒸餾水催芽直至露白,7 d后計(jì)算各小麥和油菜種子萌發(fā)的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、鮮重和干重。

        1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

        采用Origin 2019軟件和SPSS 25軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析,LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 土壤中降解菌的分離與純化

        對(duì)經(jīng)過(guò)富集與馴化的土樣培養(yǎng)液混合菌群分別進(jìn)行梯度稀釋涂布平板,挑取菌落外觀特征存在差異的菌株進(jìn)行純化,在氟咯草酮無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基中得到11株菌,供試菌株在28 ℃、pH 7.0的條件下均能夠生長(zhǎng)且長(zhǎng)勢(shì)良好。

        2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

        使用氟咯草酮標(biāo)準(zhǔn)品建立標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1),標(biāo)準(zhǔn)方程為y=185382+4.0253×106x(R2=0.9989),標(biāo)準(zhǔn)樣品在濃度范圍內(nèi)峰面積呈良好的線性關(guān)系,表明該方法測(cè)定培養(yǎng)基中氟咯草酮的含量比較精確,并且操作簡(jiǎn)便、可靠,符合農(nóng)藥殘留分析質(zhì)量控制的技術(shù)要求。

        圖1 氟咯草酮標(biāo)準(zhǔn)品的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig. 1 Standard curve of flurochloridone standard product

        2.3 菌株降解能力的測(cè)定

        降解能力的測(cè)定結(jié)果表明,菌株FL-M-2、FL-M-3和FL-G-2培養(yǎng)14 d 時(shí),對(duì)氟咯草酮的降解率分別為50.82%、73.43%和84.37%,均顯著高于其他菌株,各培養(yǎng)液中氟咯草酮濃度隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì),其中菌株FL-M-2培養(yǎng)液中氟咯草酮濃度14 d內(nèi)緩慢平穩(wěn)降低,菌株FL-M-3培養(yǎng)液中氟咯草酮濃度7 d內(nèi)降低較快,由初始濃度1 mg/L降低到0.28 mg/L,但隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)至14 d,氟咯草酮濃度只下降了0.01 mg/L;菌株FL-G-2培養(yǎng)液中氟咯草酮濃度14 d內(nèi)快速降低,并于14 d降低到0.16 mg/L;其余8株菌與其對(duì)應(yīng)空白對(duì)照組相比,對(duì)氟咯草酮無(wú)明顯的降解作用(表3)。

        表3 不同時(shí)期各菌株培養(yǎng)液中氟咯草酮?dú)埩魸舛萒able 3 Residual concentration of flurochlorid in the culture broth of each strain at different periods

        2.4 降解菌株的鑒定

        2.4.1 降解菌株的形態(tài)觀察 菌株FL-M-2在改良馬丁培養(yǎng)基上,菌落近圓形,初期為白色,后為淡紫色,邊緣呈絨毛狀;分生孢子梗呈樹狀,各分支頂端含小梗(圖2 a,d)。

        菌株FL-M-3在改良馬丁培養(yǎng)基上,菌落圓形,初期為白色,后為灰白色,邊緣呈纖毛狀;分生孢子梗有分支,壁光滑(圖2 b,e)

        菌株FL-G-2在高氏1號(hào)培養(yǎng)基上,菌落灰白色,干燥不透明,表面呈致密的絲絨狀;孢子表面呈光滑狀,孢子鏈呈直鏈狀,孢子絲彎曲,無(wú)螺旋(圖2 c,f)。

        圖2 菌株FL-M-2、FL-M-3、FL-G-2的形態(tài)結(jié)構(gòu)Fig. 2 Morphology of strain FL-M-2, FL-M-3 and FL-G-2

        2.4.2 降解菌株的分子鑒定 通過(guò)PCR擴(kuò)增,分別從菌株 FL-M-2、FL-M-3 和 FL-G-2獲得1294、1343和1459 bp基因片段;經(jīng)過(guò)裁剪后,利用MEGA 6.0的鄰近法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,菌株FL-M-2(登錄號(hào):MW686879)、FL-M-3(登錄號(hào):MW686880)和 FL-G-2(登錄號(hào):MW686908)分別與紫色紫孢菌(FR775516.1)、小雙胞腔菌屬(MT453292.1)和小鏈霉菌(MF359745.1)聚為同一分支(圖3)。因此,結(jié)合形態(tài)學(xué)特征和分子鑒定結(jié)果,將3株菌分別鑒定為紫色紫孢菌Purpureocillium lavendulum、小雙胞腔菌屬Didymellaceaesp.和小鏈霉菌Streptomyces parvus。

        圖3 降解菌株的系統(tǒng)發(fā)育樹圖Fig. 3 Phylogenetic tree diagram of degrading strains

        2.5 降解菌株生長(zhǎng)曲線測(cè)定

        由圖4可知,菌株FL-M-2和菌株FL-M-3在前3 d內(nèi)均生長(zhǎng)較快,培養(yǎng)的第3~6 d進(jìn)入了生長(zhǎng)穩(wěn)定期;菌株FL-G-2前3 d生長(zhǎng)較快,培養(yǎng)的第3~5 d進(jìn)入了生長(zhǎng)穩(wěn)定期。

        圖4 降解菌株的生長(zhǎng)曲線圖Fig. 4 Growth curve of degrading strains

        2.6 降解菌株的安全性評(píng)價(jià)

        經(jīng)恒溫保濕光照培養(yǎng)7 d后,分別對(duì)菌株FL-M-2、FL-M-3和FL-G-2處理的油菜和小麥幼苗生長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)查結(jié)果顯示,菌液濃度為1×108cfu/mL時(shí),3株降解菌處理的油菜的根長(zhǎng)和干重與對(duì)照相比無(wú)明顯差異,其中菌株FL-M-2菌液處理的油菜芽長(zhǎng)為4.86 cm,較對(duì)照增加了1.3 cm,菌株FL-M-2菌液處理的油菜的鮮重為0.93 g,較對(duì)照組增加了0.4 g;3株降解菌處理的小麥的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)和干重與對(duì)照組相比無(wú)明顯差異,菌株FL-M-3菌液處理的鮮重顯著高于其他菌株,比對(duì)照處理小麥的鮮重增加了1.53 g(表4)。結(jié)果表明,3株降解菌對(duì)油菜和小麥生長(zhǎng)均無(wú)明顯的抑制作用。

        表4 降解菌株對(duì)油菜和小麥幼苗生長(zhǎng)的影響Table 4 Effects of strains with degrading ability on the growth of rape and wheat seedlings

        3 討論

        氟咯草酮對(duì)馬鈴薯田雜草具有較好的防除效果,后期具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值[36]。然而,由于其殘效期長(zhǎng)、在自然條件下難降解、易對(duì)后茬作物產(chǎn)生藥害等限制性因素制約了該藥劑的大面積推廣應(yīng)用,因此篩選安全高效的降解菌株,開(kāi)發(fā)微生物降解產(chǎn)品,可為該藥劑后期的大面積安全應(yīng)用提供配套保障。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者報(bào)道了多種具有降解除草劑的微生物菌株,但關(guān)于吡咯烷酮類除草劑氟咯草酮的降解微生物研究較少,本研究從青海高原土壤中分離到 3株優(yōu)勢(shì)降解菌紫色紫孢菌、小鏈霉菌和小雙胞腔菌屬,3株菌能夠高效地降解氟咯草酮,尤其是小鏈霉菌的降解效果最好,發(fā)酵培養(yǎng)14 d對(duì)1mg/L氟咯草酮降解率達(dá)到84.37%,研究結(jié)果可為后續(xù)研究氟咯草酮及吡咯烷酮類除草劑的生物降解提供基礎(chǔ),揭示吡咯烷酮類除草劑的生物降解途徑、降解代謝產(chǎn)物和生物降解機(jī)制方面是后續(xù)研究的重點(diǎn)。

        研究表明,紫色紫孢菌在防治植物病原線蟲中有突破性進(jìn)展,該菌已成為商品化應(yīng)用最廣泛的食線蟲真菌之一[41];此外該菌對(duì)植物的生長(zhǎng)呈現(xiàn)“低促高抑”的濃度效應(yīng)[42]。在本試驗(yàn)中,當(dāng)FL-M-2菌液濃度為1×108cfu/mL時(shí),菌液處理的油菜芽長(zhǎng)和鮮重顯著高于清水對(duì)照組,可能的原因是該濃度的FL-M-2菌液可以促進(jìn)油菜的生長(zhǎng),根據(jù)此特性可開(kāi)發(fā)天然抑草劑和催芽劑。作為苦馬豆、藏沙蒿、披針葉黃華等多種藥用植物的內(nèi)生真菌[43-45],小雙胞腔菌屬可有效促進(jìn)藥用植物生長(zhǎng)發(fā)育,提高植物的抗逆性,本試驗(yàn)初步探究了該菌株在微生物降解方面的功能,構(gòu)建多功能的小雙胞腔菌屬。小鏈霉菌可有效地防治黃瓜枯萎病并提高小麥的耐干旱能力[46],同時(shí)小鏈霉菌還是一類重要的防治番茄潰瘍病的生防菌株[47],此外小鏈霉菌分離可獲得較高抗性的抗病毒蛋白,可有效防治煙草花葉病毒及黃瓜花葉病毒[48]。而關(guān)于這3株菌在微生物降解方面的研究均尚未見(jiàn)報(bào)道,本試驗(yàn)探究了菌株對(duì)目標(biāo)除草劑的降解作用,不斷提高3株菌株的功能性,使其具有兼顧防治農(nóng)業(yè)病害,降低土壤農(nóng)藥殘留等優(yōu)點(diǎn),期望實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥高效減量的同時(shí)并改善微生物環(huán)境,從而探索出一種經(jīng)濟(jì)高效的微生物降解途徑。

        溫濕度、酸堿度、碳氮含量、粘度、鹽度、通氣情況和基質(zhì)吸附作用等都會(huì)影響微生物降解農(nóng)藥殘留的速率,微生物的適應(yīng)性、代謝活性以及種類等因素也可以直接影響微生物對(duì)農(nóng)藥降解和轉(zhuǎn)化過(guò)程[49]。本研究在pH為7.0,溫度為28 ℃,接種量為5%的條件下,菌株FL-G-2和菌株FL-M-2在14 d內(nèi)呈現(xiàn)平穩(wěn)降解趨勢(shì),而菌株FL-M-3起始降解速率較其他兩株高效降解菌降解速率較快,而后其降解速率逐漸平緩,后續(xù)將對(duì)其降解速率變化的原因以及降解菌株最優(yōu)發(fā)酵條件下的最佳降解速率進(jìn)一步深入探究,以期得到優(yōu)勢(shì)降解菌株對(duì)氟咯草酮的最優(yōu)降解效果。從本地生境中篩選到的微生物降解菌株,較為容易適應(yīng)田間生態(tài)環(huán)境,經(jīng)田間馴化,將形成的生物產(chǎn)品以生物激勵(lì)和生物強(qiáng)化的方式應(yīng)用于田間生產(chǎn),具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

        微生物修復(fù)處理方法必須監(jiān)測(cè)和評(píng)估生物修復(fù)過(guò)程[50],以最大程度地避免新的環(huán)境污染問(wèn)題的產(chǎn)生,本試驗(yàn)在篩選出具有降解氟咯草酮能力的菌株的基礎(chǔ)上,通過(guò)研究降解菌株對(duì)青海馬鈴薯田常見(jiàn)后茬作物(小麥和油菜)幼苗的生長(zhǎng)的影響對(duì)其進(jìn)行安全性評(píng)價(jià),結(jié)果表明3株菌的發(fā)酵液對(duì)小麥和油菜幼苗的生長(zhǎng)均無(wú)明顯的抑制作用。這一結(jié)論為降解菌株的安全應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。由此可見(jiàn),作為降解吡咯烷酮類除草劑的新型菌種資源,F(xiàn)L-M-2、FL-G-2和FL-M-3具有良好的研發(fā)和應(yīng)用潛力,其菌株及其發(fā)酵代謝產(chǎn)物對(duì)多種作物的生長(zhǎng)安全。

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