分离本土具有阿特拉津降解能力的Paenarthrobacter sp. H1菌株，并利用Elymus dahuricus植物辅助实现对阿特拉津污染土壤的协同修复

《Journal of Environmental Sciences》：Isolation of indigenous atrazine-degrading Paenarthrobacter sp. H1 and Elymus dahuricus-assisted synergistic remediation of atrazine-contaminated soil

　　

• •
  从接触阿特拉津的土壤中分离出了本地Paenarthrobacter sp. H1菌株。
• •
  H1菌株通过一种推测的水解途径降解了20–200 mg/L的阿特拉津。
• •
  在土壤修复的后期阶段，ED_H1的表现优于ED_ATR1。
• •
  ED_H1增强了酶活性、微生物多样性和功能途径。

引言

阿特拉津是全球使用最广泛的除草剂之一，被广泛用于玉米和其他田间作物的杂草控制，年消耗量约为70,000–90,000吨（Wen等人，2025年）。由于其田间使用效率有限，一部分阿特拉津不可避免地进入环境介质中，尤其是在土壤中，可能会以残留污染的形式存在（Harindintwali等人，2024年）。阿特拉津在土壤中的半衰期为4至57周，在低温条件或有机质含量高的土壤中其持久性会进一步增强，从而增加了在耕作生态系统中长期积累的风险（Chen等人，2024年）。持久的阿特拉津残留物可能对敏感的轮作作物（如大豆、卷心菜和油菜）造成毒性，并可能干扰关键的土壤生态过程（Cheng等人，2024年）。先前的研究表明，阿特拉津会显著改变土壤微生物群落结构，减少细菌和真菌的多样性及生态稳定性，并抑制脱氢酶、脲酶和磷酸酶等关键土壤酶的活性。这些变化会干扰碳、氮和磷的循环，最终削弱土壤的生态功能（Chen等人，2023年；Gao等人，2024年；Liu等人，2023b年）。由于阿特拉津在短期内不太可能被完全替代，其环境残留及其相关生态风险预计将持续存在。因此，开发高效且环保的策略来修复受阿特拉津污染的土壤对于维持农田土壤健康和支持可持续农业生产至关重要。

与物理和化学修复方法相比，生物修复具有多种优势，包括成本较低、对环境的干扰较小，以及更适用于农业土壤的原位处理（Zhang等人，2022年）。在生物修复策略中，微生物修复得到了广泛研究，已从多种环境介质中分离出许多能够降解阿特拉津的细菌，包括和（Zhu等人，2019年）、Ensifer属（Ma等人，2017年）、Pseudomonas ZXY-1（Zhao等人，2017年）、Arthrobacter（Li等人，2019年）、Nocardioides和Bacillus（Jakinala等人，2019年）、Frankia（Rehan等人，2014年）。尽管在受控实验条件下微生物修复通常显示出较高的降解效率，但其在实际农业应用中仍受到多种因素的限制。一方面，土壤pH值、温度、养分可用性和有机质含量会显著影响引入的降解菌的存活、定殖和功能活性（Qu等人，2024年）；另一方面，本地微生物群落可能会与外来菌株竞争、抑制或取代它们，从而降低其降解效果（Zhang等人，2024年）。因此，筛选具有强环境适应性的高效本地阿特拉津降解菌对于提高阿特拉津修复效果和增强生物修复策略的生态兼容性至关重要。

近年来，植物-微生物协同修复被认为是减轻农业土壤中除草剂污染的最有前景的策略之一（Yan等人，2018年）。植物根系通过释放根围分泌物（如有机酸、糖类和氨基酸）以及碳和氮源来重塑根际微环境（Chai和Schachtman，2022年）。这些过程可以改变根际条件，包括pH值、氧化还原状态和养分可用性，从而选择性地富集功能性微生物并增强其代谢活性（Ulbrich等人，2022年）。此外，植物提供的生态位和营养支持有助于降解菌在根际的稳定定殖（Chang等人，2022年；Mielke等人，2020年）。反过来，降解微生物可以加速污染物的去除，缓解植物压力，并促进植物生长，形成互利互惠的协同作用（Rane等人，2022年）。迄今为止，大多数关于植物-微生物修复的研究都集中在高效外源降解菌与植物的组合上，而本地降解菌与植物在受污染农田土壤中的协同修复潜力尚未得到充分探索（Ahmad等人，2019年；Barroso等人，2023年）。与外源菌株相比，本地细菌长期适应了当地的土壤理化条件、污染物压力和微生物相互作用网络，因此通常表现出更强的环境适应性、定殖能力和功能稳定性（Xiang等人，2022年）。因此，从长期受除草剂污染的农田土壤中分离出高效且适应性强的本地功能菌株，并构建植物-本地细菌修复系统，不仅可以提高修复效果，还可以提供一种更具生态兼容性的区域农田污染控制策略。

基于这些考虑，本研究聚焦于中国东北黑土区长期施用阿特拉津的农田土壤。研究目标是：（1）分离并鉴定一种具有高效阿特拉津降解能力的本地功能菌株；（2）系统地表征其降解特性和推测的代谢途径；（3）比较植物-本地细菌系统与植物-外源细菌系统在阿特拉津污染土壤中的修复效果。与以往主要强调使用外源降解菌的生物强化研究不同，本研究强调了本地降解菌的地域适应性和它们在根际中的协同潜力。研究结果有望为构建和优化中国东北黑土区受阿特拉津污染土壤的植物-微生物修复系统提供理论基础和细菌资源。

章节摘要

化学品

阿特拉津（≥ 97%）和氰尿酸（≥ 98%）购自中国上海的Yuanye生化有限公司。本研究中使用的所有其他化学品均为分析级。

阿特拉津降解细菌的富集、分离和纯化

本研究中使用的细菌菌株来自之前一项阿特拉津植物修复实验中收集的土壤。简要来说，从中国抚顺采集的10克农田土壤加入100毫升已在121°C下高压灭菌20分钟的矿物盐培养基中，该培养基中含有100 mg/L的阿特拉津。

菌株H1的鉴定

如图S2所示，菌株H1的16S rRNA基因PCR扩增产生了一段约1500 bp的片段。PCR产物使用AxyPrep DNA凝胶提取试剂盒进行了纯化，随后进行了测序。组装的序列与NCBI数据库中的序列进行了比较，并使用MEGA 11构建了系统发育树。如图S3所示，菌株H1与Paenarthrobacter ureafaciens的序列相似度为100%。因此，将该分离株命名为

结论

本研究从长期接触阿特拉津的黑土中分离出一种本地阿特拉津降解细菌Paenarthrobacter sp. H1，并评估了其与E. dahuricus的降解特性和修复效果。在优化条件下，菌株H1能够高效降解阿特拉津，代谢物检测以及和的扩增支持了一种推测的水解降解途径。在盆栽实验中，ED_H1处理显示出了有效的阿特拉津去除效果。

未引用的参考文献

Gonzalez Brambila等人，2025年

CRediT作者贡献声明

Fangyu Hu：写作——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，研究，数据分析，概念化。Jing An：写作——审稿与编辑，资金争取。Baoyu Wang：项目管理，方法学。Hewei Song：写作——审稿与编辑。Yue Wang：可视化。Yuebing Sun：写作——审稿与编辑。Yan Zang：监督，资源提供。Bin Lin：研究。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（编号2024YFD1701101）、科学技术基础资源调查计划（编号2025FY100700）和辽宁省科技项目（编号2025-BS-0182）的支持。

Fangyu Hu|Jing An|Baoyu Wang|Hewei Song|Yue Wang|Yuebing Sun|Yan Zang|Bin Lin