成果背景:东北地区是我国玉米、大豆等作物的主要产区和重要的商品粮基地。为了保证农作物产量,除草剂的长期,大量使用造成了农田土壤除草剂残留的面源污染问题。通过研究发现,除草剂残留可引起土壤质量退化、作物减产、轮作障碍等一系列问题,急需污染修复相关的技术和产品。通过研发除草剂污染生物修复的技术和产品,可减少除草剂残留造成的毒害效应,在保障农作物生长和产品安全,改善农村生态环境等方面都将具有重要的社会意义和经济意义。

研究内容:针对我国东北地区典型除草剂(磺酰脲类,三嗪类,酰胺类等)残留污染引起的土壤质量下降及作物生长受限等问题,从东北地区典型除草剂广谱高效降解菌的筛选,降解酶的克隆表达,降解菌的高密度发酵技术,降解菌/酶制剂化技术等几个方面开展了研发工作。筛选到典型除草剂高效降解菌4株,高效降解菌系5个,克隆降解酶1种;研发了明胶/壳聚糖降解酶固定化技术及降解菌的改性玉米材料固定化技术。通过集成上述降解菌/酶资源和高密度发酵及固定化技术,研发了5种典型除草剂(氯嘧磺隆,甲磺隆,苯磺隆,莠去津,乙草胺)修复菌剂及1种解毒酶(针对多种磺酰脲类除草剂)制剂产品,形成典型除草剂污染土壤修复技术3项,已在东北地区开展1000余亩试验示范。

重大科技贡献:研究筛选获得多株高效广谱降解菌,可降解2-4种除草剂,其中磺酰脲类除草剂高效降解菌已被确定为新属新种。进一步采用代谢组学、转录组学、基因编辑等技术,揭示了降解菌对除草剂的代谢途径和关键降解基因。通过研发降解菌/酶的固定化技术,增加了降解菌/酶的热稳定性和pH稳定性,提高了其在自然环境中的适应性,同时也便于运输与保存。降解菌/酶固定化使用的载体都属于天然物质,无毒,可降解,环境友好,不会对土壤造成二次污染。通过盆栽,小区及田间试验,证明添加研发的菌剂可显著降低典型除草剂(氯嘧磺隆,甲磺隆,苯磺隆,莠去津,乙草胺)在土壤的残留率,减轻对后茬及当季作物生长的抑制作用,减少对土壤微生物的毒害作用。

成果产出与荣誉:研究已发表论文17篇、申请发明专利6项(其中转化专利1项),授权专利5项,获批团体标准2个。研究申请的发明专利1件已转让给沈阳国科生物科技有限公司,转让费10万元。已经与沈阳化工研究院有限公司开展合作,获得菌剂登记号1件。

成果团队:张惠文(国务院政府特殊津贴、辽宁省直机关三八红旗手)、徐明恺(香江学者、中国科学院区域发展青年学者)、苏振成、李新宇、李旭、李想、王秀娟、李潼

除草剂修复大田试验-成熟期采样

降解酶的明胶/壳聚糖固定化方法-交联的凝胶,冷冻干燥固定化酶粉末及固定化酶的扫描电镜

降解菌玉米改性材料固定化后的扫描电镜照片及形态