Meyerozyma guilliermondii Wyslmt菌株对敌草快的微生物降解作用：转化产物的鉴定及降解途径的阐明

《Frontiers in Microbiology》：Microbial degradation of Diquat by strain Meyerozyma guilliermondii Wyslmt: Identification of transformation products and clarification of degradation pathways

微生物修复百草枯的降解动力学及产物分析，研究酵母Wyslmt在不同接种量、温度、pH和初始浓度下对百草枯的降解率变化规律，通过UPLC-QTOF-MS鉴定出3种生物降解产物（BTPs），提出C–C键断裂、羟基化及脱甲基化为核心降解途径。

　　在当今社会，随着农业生产的不断发展，农药的使用量持续上升，对生态环境和人类健康造成了深远的影响。传统农药在环境中难以完全降解，其残留物的半衰期可长达数年，这使得它们在生态系统中不断积累，最终可能通过食物链对生物多样性及人类健康构成威胁。因此，开发有效的农药残留降解技术显得尤为迫切和重要。微生物修复技术作为一种绿色、经济且高效的解决方案，正在成为解决这一问题的重要途径。

本研究聚焦于一种名为Wyslmt的酵母菌株，探讨其在不同培养条件下对除草剂二quat（Diquat）的降解效果。二quat是一种非选择性接触型的双吡啶类除草剂，广泛用于控制水生和陆地非作物区域中的阔叶杂草和禾本科杂草。由于其良好的物理特性，如结晶性、高水溶性、低蒸气压以及快速作用等，二quat在农业生产中得到了广泛应用。然而，其难以自然降解的特性也导致了严重的环境污染问题。因此，寻找能够高效降解二quat的微生物，不仅有助于减轻其对环境的影响，也为农业可持续发展提供了保障。

在本实验中，研究团队通过调整培养基中的多种环境参数，如菌株接种量、温度、pH值以及二quat的初始浓度，分析了这些因素对二quat降解效率的影响。实验结果显示，随着接种量的增加，二quat的降解率呈现先上升后下降的趋势。这表明在一定范围内，菌株数量的增加可以提升降解效率，但当接种量过高时，可能由于营养物质的快速消耗，反而抑制了菌株的生长和降解能力。因此，在实际应用中，需要合理控制接种量，以达到最佳的降解效果。

温度对二quat的降解也有显著影响。在实验条件下，28°C时降解率达到最高（42.51%），而温度过低或过高均会抑制降解过程。这可能是因为温度直接影响了微生物体内酶的活性和功能，进而影响了其对二quat的代谢能力。因此，选择适宜的温度条件对于提高降解效率至关重要。

pH值同样在影响二quat降解效果中发挥了重要作用。实验表明，在pH值为4到7的范围内，二quat的降解率相对稳定，而在pH值高于7的情况下，降解率逐渐下降。这说明该菌株在中性至弱酸性环境中具有更好的适应性和代谢能力。此外，研究还发现，当二quat的初始浓度较高时，其降解率会显著降低。这可能是因为高浓度的农药对微生物的毒性作用增强，从而抑制了其代谢活性。相比之下，低浓度的二quat更容易被菌株有效降解。

通过使用超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）技术，研究人员成功分离并鉴定了二quat在培养基中被微生物降解后产生的三种主要代谢产物。这些代谢产物的结构和化学特性为理解二quat的生物降解过程提供了重要线索。通过对比分析这些代谢产物的质谱数据，并结合已有的文献资料，研究团队推测了二quat的主要降解途径，包括C-C键断裂、羟基化以及去甲基化反应。

C-C键断裂被认为是微生物降解二quat的首要步骤。该过程通过破坏二quat分子中的环状结构，使其更容易被后续代谢反应处理。羟基化反应则在降解过程中起到关键作用，它通过引入羟基，改变了分子的化学性质，使其更易被分解。去甲基化反应则是通过移除甲基基团，进一步简化分子结构，使其更易于被微生物代谢。这三种反应共同构成了二quat降解的主要路径。

研究结果不仅揭示了Wyslmt菌株对二quat的降解机制，还为评估双吡啶类除草剂的生物修复能力提供了理论依据和实践参考。这些发现有助于进一步探讨微生物修复技术在农业污染治理中的应用潜力，并为制定有效的环境风险评估策略奠定了基础。此外，实验中采用的UPLC-QTOF-MS技术为分析农药及其代谢产物提供了高精度和高灵敏度的手段，能够有效识别和定量检测各种化合物。

在实际应用中，微生物修复技术的优势在于其环境友好性和成本效益。与传统的化学和物理处理方法相比，微生物修复不仅能够有效降解农药残留，还能在降解过程中产生无害或可被生态系统再利用的代谢产物。然而，该技术的应用仍面临诸多挑战，例如微生物对环境条件的适应性、降解效率的稳定性以及代谢产物的潜在毒性等。因此，未来的研究需要进一步优化培养条件，提高菌株的降解能力，并深入分析代谢产物的生态影响，以确保微生物修复技术的安全性和可持续性。

综上所述，本研究通过系统的实验设计和先进的分析技术，深入探讨了Wyslmt菌株对二quat的降解特性及其代谢产物的形成机制。研究结果不仅为双吡啶类除草剂的生物修复提供了科学依据，也为微生物修复技术在农业和环境治理中的应用提供了新的思路和方向。随着对微生物代谢机制的进一步研究，以及对降解产物的深入分析，未来有望开发出更加高效和安全的生物修复方案，从而更好地应对农药污染带来的环境挑战。