群体微生物研究中心陈少华课题组在除草剂草甘膦微生物降解领域取得系列成果

　　近日，我校群体微生物研究中心陈少华副教授课题组在农林科学1区Top期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry发表题为“Cellular response and molecular mechanism of glyphosate degradation by Chryseobacterium sp. Y16C”的封面文章（论文网址: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.2c07301）。

　　除草剂草甘膦的大量、频繁使用已给生态环境和人类健康带来危害。草甘膦的安全问题也越来越受到国际社会的关注。环境中残留的草甘膦不仅对生态系统造成影响，破坏生态平衡，并能通过食物链的富集进入人体内，进而威胁人类健康。因此，如何有效去除草甘膦残留污染已成为当前亟待解决的问题。

　　微生物降解是草甘膦在自然环境中的一种主要降解途径，具有高效、廉价、安全等优点。但是，目前针对草甘膦的降解微生物矿化效率不高，降解时间长且不能完全降解草甘膦，草甘膦降解酶及基因资源匮乏，降解分子机制尚未系统阐明，已成为严重制约草甘膦降解菌及其基因资源研究与利用的“瓶颈”。

　　研究结果表明，草甘膦降解菌株Chryseobacterium sp. Y16C细胞膜受到草甘膦信号刺激后，细胞膜电位逐渐下降，ROS含量迅速增加，细胞凋亡水平上升，抗氧化系统被激活，从而使Y16C细胞缓解草甘膦胁迫造成的过氧化损伤，防御并适应不利环境。另一方面，草甘膦通过膜上转运蛋白进入胞内，新型草甘膦降解基因goW被激活，其表达产物GOW（甘氨酸氧化酶）催化草甘膦降解生成AMPA（氨甲基膦酸）和乙醛酸；AMPA进一步被菌株氧化分解，毒性产物被转运至胞外，而乙醛酸被菌株利用进入三羧酸循环。该研究为解析微生物响应草甘膦胁迫及其降解草甘膦的分子机制提供了新的视野。

　　课题组长期围绕草甘膦降解菌群的富集筛选、矿化菌株的分离鉴定及对微生物群落的影响、降解基因的功能鉴定及降解酶作用机制、固定化菌剂的研究应用等方面开展研究，并取得系列研究进展，近3年在国际知名学术期刊Journal of Hazardous Materials和Journal of Agricultural and Food Chemistry上发表5篇关于草甘膦微生物降解方面的研究论文。

　　从受农药污染土壤中富集筛选得到草甘膦高效降解菌群Y16，并从中成功分离获得一株新型草甘膦降解菌—Chryseobacterium sp. Y16C。菌株Y16C在土壤/水体中对草甘膦具有优越的降解代谢能力，并研究了菌株Y16C对土壤中微生物群落的影响。同时，该降解菌株对于水稻草甘膦药害也具有明显的缓解效应，为开发农药安全剂提供了新的思路。

　　通过分子对接和分子动力学模型研究了草甘膦氧化还原酶（GOX）和C-P裂解酶与草甘膦的相互作用机制。结果表明，草甘膦的氧原子与GOX的活性位点Ile15、Ser44、Gly384、Gly387和Met388氨基酸残基通过氢键结合，GOX的丝氨酸OH基团通过亲核作用裂解草甘膦C-N键从而形成AMPA。C-P裂解酶的Gln71、His108和Ser267同样通过氢键与草甘膦结合。进一步研究表明，草甘膦与C-P裂解酶结合口袋中的组氨酸相互作用，从而裂解草甘膦的C-P键。该研究结果有助于揭示草甘膦降解酶的作用机制。

　　除了甘氨酸氧化酶、草甘膦氧化还原酶和C-P裂解酶，课题组发现来源于曲霉属（Aspergillus sp.）真菌的漆酶对草甘膦同样具有较高的催化降解活性，并解析了其催化机制，研究结果为挖掘新型草甘膦降解酶提供理论依据。

　　通过固定化技术，采用海藻酸钠和壳聚糖作为包埋载体、氯化钙作为交联剂，将草甘膦降解微生物成功制作成固定化菌剂，相比单菌而言，该固定化菌剂可以更有效地去除土壤/水体中草甘膦残留，为开发生物降解技术用于治理农药残留污染提供科学依据。

　　上述论文第一作者分别为我校植物保护学院2019级博士生张文平、博士后Pankaj Bhatt及2020级硕士生李嘉仪，陈少华副教授为上述论文的通讯作者。上述研究得到广东省重点领域研发计划项目课题、广东省自然科学基金、广东省农业农村污染治理与环境安全重点实验室开放课题和学校提质增效专项的资助。

　　陈少华课题组长期从事降解微生物资源挖掘与利用研究，近3年来在Journal of Hazardous Materials（10篇，影响因子14.224）、Bioresource Technology （2篇，影响因子11.889）、Journal of Agricultural and Food Chemistry（3篇，影响因子5.895）、Critical Reviews in Biotechnology（2篇，影响因子9.062）等中科院1区Top期刊发表生物降解论文10多篇，其中3篇论文入选ESI前1‰热点论文，18篇论文入选ESI前1%高被引论文。陈少华入选爱思唯尔（Elsevier）2022年度“中国高被引学者”榜单。

文图／群体微生物研究中心 黄耀华