利用甲烷氧化菌修复土壤除草剂污染的研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1.1 研究意义

生物修复技术是当前热门且通用的土壤污染修复方法之一，农药、除草剂、多环芳烃等有机污染物在环境中不易被分解，易积累，对生物体有“三致”作用^[1]，其中除草剂还会对作物产生毒害作用，导致作物减少甚至绝收。因此除草剂的降解成为了众多研究者的课题。

由微生物介导的生物降解污染物的在实际应用过程中，降解效果常因功能微生物受到场地环境限制而难以定殖的影响变得不理想。甲烷氧化菌作为有氧介导的常用菌种，可生物降解的有机物（烷烃、氯化烃等）已经超过三百种^{[2, 3]}，且该类细菌由于自身仅以甲烷和甲醇等一碳化合物为碳源和能源生长的特性，一定条件下更具有生长优势。

因此，如何实现甲烷氧化菌在污染土壤中有效存活和大量增殖是生物法修复土壤有机污染的关键。对于上述问题，基因工程甲烷氧化菌则有望实现甲烷氧化菌的定殖与污染物的降解。本课题将借助基因工程手段将编码污染物降解酶的基因导入该菌株中，使该基因功能性表达来研究基因工程氧化菌的污染物降解能力，有望进一步将该方法应用于污染场地原位修复技术。

2. 研究的基本内容和问题

2.1 研究目标与内容

选取甲烷氧化菌methylomonas sp. lw13），通过基因工程方法将磺酰脲类除草剂水解酶基因sule导入该菌株中磺酰脲类除草剂，通过优化转录和翻译元件使该基因性表达；再将该基因工程菌株进行发酵培养并混入污染土壤，测定土壤中污染物残留含量和研究该土壤中种植植物长势，对该基因工程菌的污染物降解能力进行深入比较。

2.2 拟解决的关键问题

（1）完成培养工程菌lw13-sule的构建；

（2）验证lw13-sule是否降解磺酰脲类除草剂；

3. 研究的方法与方案

2.1 研究目标与内容

选取甲烷氧化菌methylomonas sp. lw13），通过基因工程方法将磺酰脲类除草剂水解酶基因sule导入该菌株中磺酰脲类除草剂，通过优化转录和翻译元件使该基因性表达；再将该基因工程菌株进行发酵培养并混入污染土壤，测定土壤中污染物残留含量和研究该土壤中种植植物长势，对该基因工程菌的污染物降解能力进行深入比较。

2.2 拟解决的关键问题

（1）完成培养工程菌lw13-sule的构建；

（2）验证lw13-sule是否降解磺酰脲类除草剂；

4. 研究创新点

4.特色或创新之处

传统的微生物降解污染物方法，常受到培养条件影响及菌株自身降解能力的限制。本项目通过基因工程技术，将具有降解能力的基因转入甲烷氧化菌中，并通过充甲烷气的方式保证了甲烷氧化菌在污染土壤中的有效存活和大量增殖。使得生物法修复效率显著提高。并为其他类型土壤污染的修复技术提供借鉴。

5. 研究计划与进展

5.研究计划及预期进展

2019年12 月至2020年 2 月：查阅文献，设计实验方案

2020年 3 月至2020年 4 月：lw13-sule工程菌构建及验证；