《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Rapid biodegradation of glyphosate by plant growth-promoting
Ochrobactrum sp. Y3: Degradation kinetics, metabolic pathways and environmental bioremediation
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摘要除草剂草甘膦在农业生产中长期被广泛使用，导致其在土壤和水体中持续积累，从而引发了严重的生态和环境风险。然而，针对单一菌株，将特定培养物中的快速草甘膦转化与土壤性能及相关生物反应联系起来进行综合评估的研究仍然相对有限。在此，从受污染土壤中分离出一株草甘膦降解菌，淡红拟球菌
摘要
除草剂草甘膦在农业生产中长期被广泛使用，导致其在土壤和水体中持续积累，从而引发了严重的生态和环境风险。然而，针对单一菌株，将特定培养物中的快速草甘膦转化与土壤性能及相关生物反应联系起来进行综合评估的研究仍然相对有限。在此，从受污染土壤中分离出一株草甘膦降解菌，淡红拟球菌 sp. Y3，并对其进行了系统表征。在测试的无机盐培养基条件下，Y3 在 24 内将 100 mg·L?1 母体草甘膦降至检测限以下，并在不同初始浓度、pH 值、接种量和温度范围内保持转化活性。表观比转化速率对初始草甘膦浓度表现出非单调响应，并由 Andrews 模型描述，其 qmax、Ks 和 Ki 值分别为 0.12 h?1、9.42 mg·L?1 和 122.02 mg·L?1。AMPA 在母体草甘膦消失过程中发生积累，支持了涉及初始 C–N 键断裂途径的假设。在土壤微宇宙中，Y3 接种使灭菌土壤中 5 天后的草甘膦去除率从 59.8% 增加到 87.9%，非灭菌土壤中从 90.5% 增加到 100.0%，同时分别将模型推导的半衰期从 3.68 天缩短至 2.08 天，从 0.83 天缩短至 0.45 天。Y3 接种非灭菌土壤还与细菌群落组成的短期变化相关。此外，Y3 处理缓解了草甘膦相关的生长抑制，影响了水稻幼苗和栅藻，在无草甘膦条件下促进了水稻幼苗生长，并在铁载体产生和溶钾试验中显示出积极的定性反应。综上所述，这些发现支持 Y3 作为草甘膦污染农业环境微生物修复的候选菌株，并进一步评估其在植物 - 微生物辅助修复中的应用潜力。
引言
草甘膦，化学名为N-(膦酰基甲基)甘氨酸，是一种水溶性、广谱、非选择性内吸性除草剂，长期以来用于农业生产中的杂草控制 [34]，[5]，[75]，[82]。随着其持续应用，母体草甘膦及其主要转化产物氨甲基膦酸 (AMPA) 已在农业土壤、水生环境和食品产品中检测到 [138]，[50]，[74]。草甘膦的环境归趋受土壤性质、吸附 - 解吸过程、微生物活性和气候条件的共同支配，导致其在不同环境条件下的持久性和消散速率存在很大差异 [15]，[74]，[98]。草甘膦暴露可能改变土壤微生物群落的组成和丰度，抑制植物根系的菌根定殖，并干扰植物的正常生长和发育 [103]，[107]，[44]。进入水生环境后，草甘膦也可能对非目标生物产生不利影响，包括藻类、水生蕨类、鱼类和两栖动物 [118]，[63]，[9]。草甘膦残留物的持续输入及其在不同环境隔室和营养级的潜在影响，使得残留物管理成为农业环境中的一个持续挑战。
包括吸附和光电化学氧化、电化学 Fenton 处理等高级氧化过程在内的物理化学方法，已被研究用于草甘膦的去除或降解 [54]，[84]，[97]。然而，吸附主要是在环境相之间重新分配草甘膦，而不是将其破坏，而氧化过程通常需要额外的能源或化学试剂输入。相比之下，微生物转化可以在相对温和的条件下进行，因此被认为是修复草甘膦污染环境的重要途径 [17]，[37]，[4]，[77]，[89]。描述了微生物草甘膦转化的两个主要初始途径。C–N 键断裂产生 AMPA 和乙醛酸，而由 C–P 裂解酶系统介导的 C–P 键断裂产生肌氨酸和无机磷酸盐 [116]，[124]，[29]，[3]，[39]。据报道，几个细菌属的成员，包括无色杆菌、农杆菌、节杆菌、肠杆菌、红球菌、淡红拟球菌 和假单胞菌，都能转化草甘膦 [104]，[11]，[73]，[79]，[96]。然而，菌株在转化速率和对不同草甘膦浓度的耐受性方面存在很大差异。有些菌株需要几天时间才能实现母体草甘膦的实质性去除，而较高的初始浓度可能会抑制细胞生长或降低转化速率 [112]，[16]，[70]，[80]。
进入土壤后，由于强吸附和有限的生物有效性，草甘膦可能在某些土壤系统中存留很长时间，长期残留可能会扰乱土壤微生物群落及其相关生态功能 [102]，[103]，[98]。土壤中草甘膦的消散反映了吸附 - 解吸过程、非生物转化和土著微生物活性的综合影响。尽管接种草甘膦转化菌可以加速草甘膦的消散，但这种作用的幅度和持久性随细菌菌株和土壤背景而异 [123]，[23]，[70]。因此，在纯培养中表现出强转化性能的菌株能否在复杂的土壤环境中保持稳定活性并重复增强草甘膦的消散，仍有待确定。
农业环境中的微生物修复不仅应通过污染物残留物的减少来评估，还应通过处理后相关的生物应激是否得到缓解来评估 [107]，[63]。一些农药转化微生物还表现出植物有益性状，包括植物激素产生、铁载体产生、营养溶化和缓解植物应激 [25]，[45]，[48]，[72]，[76]，[8]，[85]，[93]。某些草甘膦转化细菌可以与植物根系结合，促进植物生长或缓解草甘膦相关的应激 [19]，[47]，[49]，[53]，[65]，[70]，[78]，[90]。这种多功能性可能使微生物在促进农药消散的同时改善植物生长条件，从而扩大其在农业土壤修复中的潜在应用。然而，结合快速草甘膦转化和植物有益性状的菌株研究较少，处理后污染物消散与生物结果改善之间的关系了解不足。
在此背景下，本研究旨在：(1) 分离和鉴定草甘iphene 转化细菌淡红拟球菌 sp. Y3，并表征其全细胞转化特性、浓度依赖动力学和初始转化途径；(2) 评估 Y3 接种相关的土壤草甘膦消散和细菌群落变化；(3) 评估 Y3 的植物有益性状及其在草甘膦胁迫下对水稻幼苗和栅藻生长反应的影响。通过将 Y3 在特定培养物中的转化表型与其土壤性能及相关生物反应联系起来，本研究为其在草甘膦污染农业环境微生物修复中的潜力评估提供了依据。
章节片段
化学试剂与培养基
草甘膦 (GLY) 购自中国广州天赐高新材料股份有限公司 (Guangzhou Tianqi Biotechnology Co., Ltd.)，而氨甲基膦酸 (AMPA) 购自美国 Sigma-Aldrich 公司，纯度大于 97.0%。草甘膦溶解于无菌水中，浓度为 5,000 mg·L-1。完全溶解后，该溶液通过 0.22 μm 膜过滤器灭菌，并储存于 4 °C 暗处。
无机盐培养基 (MSM) 和 Luria-Bertani (LB) 培养基的组成列于表 S1 和
草甘膦去除微生物群落的富集与筛选
经过大约 1 个月将草甘膦浓度从 50 到 800 mg·L?1 逐步增加的连续富集 (图 1A)，从草甘膦污染土壤中获得了六个微生物群落，分别命名为 81、S128、S11、S12、Y 和 Z。随后在 50 mL 含有 100 mg·L?1 草甘膦的 MSM 中，于 30 °C 和 200 rpm 暗处评估了其草甘膦去除能力。培养 6 天后，根据残留草甘膦浓度计算出的去除百分比为
讨论
除草剂在农业生产中仍被广泛用于杂草管理，但其在土壤和水体中的残留继续对有效且环境兼容的修复策略产生需求 [68]，[74]，[9]。因此，微生物转化引起了广泛关注 [122]，[131]，[2]，并分离和表征了多种草甘膦转化细菌和真菌 [104]，[106]，[12]，[26]，[41]，[9]。如表 S8 所总结，许多先前的研究
结论
本研究鉴定出淡红拟球菌 sp. Y3 为一种能够快速全细胞转化草甘膦的新细菌。在测试条件下，Y3 在 24 内将 100 mg·L?1 母体草甘膦降至检测限以下，动力学建模揭示了非单调浓度响应，在高初始浓度下表观转化速率衰减。AMPA 积累支持了涉及初始 C–N 键断裂途径的假设。在土壤微宇宙中，Y3
伦理批准
本文不包含任何作者对人类参与者或动物进行的研究。
CRediT 作者贡献声明
戈拉布·穆罕默德: 写作 – 审查与编辑。 陈少华: 写作 – 审查与编辑，监督，资源，项目管理，资金获取，概念化。 戴诗晨: 写作 – 原稿，软件，方法论，数据整理。 闫辰熹: 写作 – 审查与编辑，方法论。 刘明秋: 写作 – 审查与编辑，方法论，正式分析。 孙雨曦: 写作 – 审查与编辑。 王可怡: 写作 – 审查与编辑，方法论。 斯桂苓: 写作 – 审查与
竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。
致谢
本研究获得了国家自然科学基金 (32470116)、广东省科技计划 (2026B0202190005)、中国广东种业振兴项目 (2025-WBH-00-001) 以及中国广州基础与应用基础研究项目 (2024A04J6583) 的资助。
戴诗晨 | 闫辰熹 | 刘明秋 | 孙雨曦 | 王可怡 | 斯桂苓 | 穆罕默德·A·戈拉布 | 陈少华
华南农业大学，绿色农药省部共建国家重点实验室，整合微生物学研究中心，中国广州 510642
