一株吩嗪1羧酸（pca）降解菌的分离、鉴定及其降解特性研究.pdf

上海交通大学 硕士学位论文 一株吩嗪-1-羧酸（PCA）降解菌的分离、鉴定及其降解特性研 究 姓名：杨智健 申请学位级别：硕士 专业：生物化工 指导教师：胡洪波 20070101 上海交通大学硕士学位论文 I 一株吩嗪-1-羧酸（PCA）降解菌的分离、鉴定 及其降解特性研究 摘 要 一株吩嗪-1-羧酸（PCA）降解菌的分离、鉴定 及其降解特性研究 摘 要 新 型 生 物 农 药 申 嗪 霉 素 ， 其 有 效 成 分 为 吩 嗪 -1- 羧 酸 （phenazine-1-carboxylic acid, PCA） ，对甜椒疫病和西瓜枯萎病的防治具 有广谱、高效、低毒、环境相容性好、生产成本低等显著特点但在生 物防治过程中发现，PCA 在大田中易被降解，影响其防治效果，因此需 要研究 PCA 的生物降解机理，了解它的环境行为，为提高申嗪霉素的防 治效果、合理使用申嗪霉素奠定基础 本文主要的研究内容是筛选与分离高效降解 PCA 的降解菌 本研究 以 PCA 为唯一碳氮源，从“PCA 防治辣椒疫霉试验”中的辣椒疫霉发病 植株根际土壤中分离到了一株能够高效降解 PCA 的菌株 然后， 根据 《伯 杰氏手册》对目标菌株进行生理生化测定，从传统微生物角度确定目标 菌株的种属。

同时，运用分子生物学方法，扩增目标菌株的 16S rDNA， 并进行核苷酸序列测定，通过与基因库中已知序列的比对分析，在分子 水平上确定目标菌株的种属该菌株被命名为鞘氨醇单胞菌 DP58根据 其种类选择适合的培养基和培养条件，对该目标菌株进一步研究其对 PCA 的降解特性 菌体的生长情况和 PCA 的降解进一步说明了该菌株能 以 PCA 作为唯一碳，氮源，高效地将其降解 上海交通大学硕士学位论文 II 本文首次从土壤中分离得到了高效降解 PCA 的降解菌， 为进一步研 究 PCA 的生物降解途径奠定基础 关键词：PCA，申嗪霉素，生物降解，分离，鞘氨醇单胞菌 上海交通大学硕士学位论文 III ISOLATION, IDENTIFICATION AND DEGRADATION CHARACTERISTICS OF A PHENAZINE-1-CARBOXYLIC ACID (PCA) -DEGRADING BACTERIUM ABSTRACT Shenqinmycin, which key component is pheazine-1-carboxylic acid (PCA), has a good effect on prevention and cure pimiento epidemic and watermelon wilt diseases, which is broad-spectrum, high efficiency, low toxicity, good environmental compatibility and low cost. During the previous experimentation, it was found that PCA would be degraded easily in field and its protection efficiency was reduced. Therefore, it is important to investigate the bio-degrading pathway to improve the prevention and cure efficiency of Shenqinmycin. The main purpose of this study is to isolate PCA degrading bacteria. In the experiment, PCA is used as sole sources of carbon and energy and a bacterial strain effectively capable of degrading PCA was isolated from pimiento rhizosoil suffered with pimiento epidemic disease. Then, according to morphology, conventional physiological tests, 16S rDNA sequence, and phylogenetic characteristics, it was identified as Sphingomonas sp. Finally, the PCA degradation experiments were conducted both in LB and inorganic salt medium at 220 rpm in 28 oC. The relationship between the bacterial 上海交通大学硕士学位论文 IV growth and PCA degradation of the isolate suggested that strain DP58 could utilize PCA as the sole source of carbon and nitrogen and was able to completely degrade PCA in 40 h. This is the first report about isolation of a strain from soil sample that can degrade phenazine-1-carboxylic acid effectively. It is also improtant for the further study of the biodegradation pathway of PCA. KEY WORDS：KEY WORDS：PCA, Shenqinmycin, biodegradation, isolation, Sphingomonas 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 杨智健 日期： 2007 年 1 月 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文 保密保密□，在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密 不保密? （请在以上方框内打“√√” ） 学位论文作者签名：杨智健 指导教师签名： 胡洪波 日期： 2007 年 1 月 日期： 2007 年 1 月 上海交通大学硕士学位论文 第一章 1 第一章 前 言 1.1 生物农药概况 “民以食为天” ，农药是农业领域的一件大事，也是事关人民吃饭、生态环境可 持续发展及社会稳定的重大科技问题。

生物农药是利用生物活体或由生物产生的活性成分，以及化学合成的具天然化 合物结构的物质，制备出的可防治植物病虫害和杂草及能调节植物生长的制剂近 年来， 亦将具调节抗逆性或能抗病虫害的转基因植物列为生物农药[1]与传统的化学 农药相比，生物农药具有对人畜和非靶标生物安全，环境兼容性好，不易产生抗性， 易于保护生物多样性，来源广等优点因此，高效生物农药的开发应用对人类健康， 环境保护和农业的可持续发展都有极其重大的意义[2, 3] 从上世纪五六十年代开始，我国就开始对生物农药进行研究到八十年代，将 生物农药的开发列为重点项目，近二十年多来，很多新的生物资源陆续被发掘利用， 生产工艺得到不断创新，大量新产品尤其是微生物农药进入市场[4]国外在 20 世纪 70 年代后开始重视生物农药的研发，发展迅猛 1.1.1 生物农药的优越性 1.1.1.1 化学农药存在的问题 化学农药为控制作物病虫害、提高农业生产水平、增加农业产值做出了巨大贡 献，但化学农药的弊端也日益显露[5, 6]随着化学农药的广泛使用，它已成为重要的 环境污染物，带来严重的环境污染问题，造成生态失衡，农产品品质下降，并直接 影响到人们的身体健康。

首先是人畜安全问题使用化学农药，不可避免的会在农作物上残留化学农药， 这对人体食用造成了潜在的威胁，已经引起了世界各国和社会各界的广泛关注；另 上海交通大学硕士学位论文 第一章 2 一方面，很多高毒性化学农药在使用过程中，因不慎而使人畜直接引起中毒的案例 也屡见不鲜 其次是环境和生态问题化学农药的生物选择性差，在消灭农作物病虫害的同 时，也杀死了许多环境中的其它生物，包括一些对人类有益的生物和环境生态多样 性中的重要环节生物，破坏了环境的生态平衡，可能会起到适得其反的效果，使病 虫害发生更为严重，或者引起新的病虫灾害；而且，很多化学农药的自然降解性差， 在施用后长期存在并积累于土壤和环境中，给自然生态系统、人类自身的安全都带 来了巨大的威胁 第三是防治效果问题也包括两个方面，一是抗药性，很多化学农药的防治效 果都只有短短的几年，然后就被迫更新换代，因为农作物病害虫产生了抗药性；第 二是有些病虫害，至今也没有研制出可以有效防治的化学农药，而且新的病虫害也 不断被发现此外也还有一些其它的问题，比如化学农药的研制成本，比如农药在 不同地域施用的效果，以及化学农药的施用方式等。

1.1.1.2 生物农药的特点 生物农药与化学农药相比，具有很多得天独厚的优势：毒性低；选择性好；与 环境相容性好；无残留；但也有一些不成熟的地方，最主要的问题就是防治农作物 病虫害的效果还不能让人满意该类农药在长期的研究和应用中所表现出的特点可 初步归纳为以下几点[7,8, 9] （1）专一性强，有很好的选择毒性 生物农药最显著的特点就是专一性强在生物体农药中，天敌昆虫、捕食螨常 为寡食性或专性寄生，昆虫病原真菌、细菌、线虫、病毒、微孢子虫等均是从感病 昆虫中分离出来，经人工繁殖再作用于该种昆虫[10]；植物体农药更是有针对性地对 某一种特定功能基因进行定向重组或改造生物化学农药的专一性也较强，如昆虫 性信息素只对同种昆虫有效另外，生物农药特别是生物化学农药对有害生物的活 性较高，施用极低的用药量或用药浓度即可得到较为理想的防治效果 （2）容易被降解，无有害残留，对环境安全 上海交通大学硕士学位论文 第一章 3 生物农药均是天然存在的活体生物或化合物，故在环境中会自然代谢，参与能 量与物质循环施用于环境中或作物上，不易产生残留，不会引起生物富集现象[11]。

所以基本不用考虑污染问题，这对现代世界无疑是极具吸引力的 （3）对人畜毒性小，对非靶标生物相对安全 生物体农药均是活体生物，若不考虑生态因素，则其对非靶标生物几乎无影响 生物化学农药，因活性较高，用量较少，而且对害虫多为内毒性作用，因此也是相 对安全的研究表明，印楝素对黑肩盲蝽、菲岛长体茧蜂、智力小植绥螨等多种天 敌安全；对蜜蜂、蚯蚓等有益生物安全；对大白鼠、虹鳟等低毒，无致畸作用在 防治小麦吸浆虫的试验中发现，川楝素、烟碱对小麦吸浆虫寄生蜂的保护效果较好， 川楝素对。