Characterization of a fenpropathrin-degrading strain and construction of a genetically engineered microorganism for simultaneous degradation of methyl parathion and fenpropathrin
- 作者
- Hong Yuanfan, Zhou Jin, Hong Qing, Wang Qian, Jiang Jiandong, Li Shunpeng
- 单位
- Key Lab of Microbiological Engineering Agricultural Environment, Ministry of Agriculture, College of Life Science, Nanjing Agricultural University; Department of Plant Science and Technology, College of Agricultural and Animal Husbandry of Tibet
- 杂志
- Journal of Environmental Management（2010）
- DOI
- 10.1016/j.jenvman.2010.06.010
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
环境中拟除虫菊酯类和有机磷农药混合残留造成污染，缺乏能同时降解这两类农药的单一微生物菌株。
研究策略
从农药厂废水处理污泥中分离一株能降解甲氰菊酯的Sphingobium sp. JQL4-5，利用mini-Tn5转座系统将甲基对硫磷水解酶基因(mpd)随机整合到其染色体上，构建能同时降解甲基对硫磷和甲氰菊酯的基因工程菌JQL4-5-mpd，并进行土壤修复试验。
核心内容
从农药厂废水污泥中分离出拟除虫菊酯降解菌Sphingobium sp. JQL4-5，该菌可在54小时内完全降解100 mg/L甲氰菊酯，对甲氰菊酯、高效氯氰菊酯和氰戊菊酯的降解率均超90%，但无法降解甲基对硫磷。为构建双农药降解菌，利用mini-Tn5转座系统将甲基对硫磷水解酶基因mpd随机整合至JQL4-5染色体上，获得工程菌JQL4-5-mpd。该菌能同时降解100 mg/L甲氰菊酯和50 mg/L甲基对硫磷，且连续传代100次后遗传性状稳定，克服了质粒载体在无选择压力下易丢失的局限。土壤修复试验显示，接种JQL4-5-mpd处理1天后甲基对硫磷从50.00 mg/kg降至22.83 mg/kg，9天后完全降解，而对照组15天后甲基对硫磷仅降解19.42%。该工程菌在拟除虫菊酯与有机磷复合污染土壤的原位生物修复中展现出良好的应用前景。
创新点
首次构建能同时降解拟除虫菊酯和有机磷农药的基因工程菌；采用mini-Tn5转座子将mpd基因稳定整合到宿主染色体，避免了质粒载体在无选择压力下丢失的问题。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Sphingobium sp. JQL4-5 | 拟除虫菊酯降解 | — | 拟除虫菊酯水解酶（推定） | 催化 | 可降解甲氰菊酯、高效氯氰菊酯、氰戊菊酯等拟除虫菊酯类农药，不能降解甲基对硫磷 |
| Sphingobium sp. JQL4-5（基因工程菌JQL4-5-mpd） | 有机磷降解 | mpd | 甲基对硫磷水解酶 | 催化 | mpd基因来自Pseudomonas putida DLL-1，通过mini-Tn5转座整合至染色体，使菌株获得同时降解甲基对硫磷和甲氰菊酯的能力 |
| Pseudomonas putida DLL-1 | 甲基对硫磷降解 | mpd | 甲基对硫磷水解酶 | 催化 | 作为mpd基因的供体菌和对比菌株，用于土壤修复比较实验 |
关键发现
- 菌株JQL4-5在100 mg/L甲氰菊酯中54 h内完全降解，3-苯氧基苯甲酸在18 h达到最大值后逐渐降解
- 48 h内对甲氰菊酯、高效氯氰菊酯和氰戊菊酯的降解率均大于90%，对溴氰菊酯降解率为51.2%，氯氰菊酯36.5%，联苯菊酯30.6%，功夫菊酯13.3%
- 不能降解甲基对硫磷。构建的JQL4-5-mpd能同时降解100 mg/L甲氰菊酯和50 mg/L甲基对硫磷，在含或不含卡那霉素条件下连续传代100次后遗传稳定。土壤修复试验中，接种JQL4-5-mpd 1天后甲基对硫磷从50.00 mg/kg降至22.83 mg/kg，而共接种DLL-1和JQL4-5的处理降至29.37 mg/kg
- 9天后两种处理中甲基对硫磷均降解至不可检测水平
- 15天对照土壤中甲基对硫磷仅降解19.42%，甲氰菊酯降解率低于25%。
研究结论
成功构建了能同时降解甲基对硫磷和甲氰菊酯的遗传稳定基因工程菌JQL4-5-mpd，其在多种农药复合污染土壤的生物修复中具有应用潜力。