除草剂氯嘧磺隆的微生物降解机制及代谢产物研究

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氯嘧磺隆(Chlorimuron-ethyl)[2-(4-氯-6-甲氧基嘧啶-2-基氨基甲酰氨基磺酰基)苯甲酸(乙酯)]是美国杜邦公司于20世纪80年代开发的一种磺酰脲类除草剂。氯嘧磺隆是一种超高效、广谱的大豆田苗后除草剂,对一年生禾本科杂草、部分阔叶杂草及部分莎草科杂草具有较好的防治效果。氯嘧磺隆在土壤中残留时间长,并且极低残留量就可以引起后茬敏感作物的药害,严重影响农业生产中种植结构的调整。微生物能够明显降解除草剂残留,并且对环境安全、无毒。因此,利用微生物治理此类长残留除草剂的污染,在工农业生产领域中具有非常重要的意义。本文利用仪器分析和生物化学方法系统的研究了,在不同条件下真菌对氯嘧磺隆除草剂的降解作用;采用HPLC结合LC-MS对氯嘧磺隆的主要降解产物进行初步鉴定,明确了氯嘧磺隆除草剂在不同条件下的降解机理和代谢途径。主要研究结果如下:1.黑曲霉在基础培养基中最适宜的培养条件:氯嘧磺隆浓度为10.0mg·L-1,温度为30.0℃,接种量为5.0mL。2.不同真菌菌株对氯嘧磺隆的降解速率不同。顺序为:黑曲霉>黄曲霉>F8。其中,真菌黑曲霉对氯嘧磺隆的降解率为96.49%,黄曲霉为88.95%,F8为82.37%。3.混合菌株对氯嘧磺隆的降解速率均高于其单一菌株。顺序为:黑曲霉与黄曲霉混合菌株>黑曲霉与F8混合菌株。两种混合菌株对氯嘧磺隆的降解率均在98.2%以上。4.在不同真菌菌株的作用下,随着氯嘧磺隆降解率的增加,降解液的pH值逐渐降低。其中,加入黑曲霉的氯嘧磺隆降解液pH值由最初的7.55降低到3.42;加入黑曲霉与黄曲霉混合菌株的降解液pH值变化幅度最大,由最初的7.51降低到3.27。5.氯嘧磺隆的水解和微生物降解产物不同。其中,水解和微生物降解产物均含有产物A[N,N-二邻甲酸乙酯苯磺酰基尿素]、B[邻甲酸乙酯苯磺酰胺基甲酸酯]、C[邻磺酰胺苯甲酸乙酯]、D[邻磺酰苯酰亚胺]、G[2-(4-氯-6-甲氧基嘧啶-2-基氨基甲酰氨基磺酰基)苯甲酸]和J[2-(4-氯-6-甲氧基嘧啶-2-基亚胺醇氨基磺酰基)苯甲酸乙酯]。此外,真菌黑曲霉对氯嘧磺隆的降解产物还有产物E[2-(氨基磺酰基)苯甲酸]、F[邻甲酸乙酯苯磺酰基异氰酸酯]和H[2-氨基-4-氯-6-甲氧基嘧啶];真菌黄曲霉对氯嘧磺隆的降解产物还有产物F;真菌黑曲霉与黄曲霉混合菌株对氯嘧磺隆的降解产物还有产物F和H。6.氯嘧磺隆的水解和微生物降解机理及代谢途径不同。虽然水解和微生物降解反应都是苯环上的酯基水解和磺酰脲桥断裂,转化为2-氨基-4-氯-6-甲氧基嘧啶和2-(氨基磺酰基)苯甲酸乙酯等物质;甲氧基嘧啶环可开环被降解为CO2和H20;嘧啶环上甲氧基稳定,没有脱甲氧基反应发生。但是微生物对氯嘧磺隆的降解机理更为复杂,真菌菌株不仅可以通过分解水解的产物来促进水解反应的进行,而且可以使生成的裂解产物进一步发生水解、氧化、醇解和环化反应;其中,黑曲霉、黑曲霉与黄曲霉混合菌株还可以分解氯嘧磺隆的互变异构体,使分解产率更高。
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