异丙隆（Isoproturon）是取代脲类除草剂代表品种之一,因其除草活性高,杀草谱广,在农业生产中被广泛应用。但正是因为异丙隆的大量使用及其在土壤中较长的半衰期,带来了较多的环境问题。研究发现,异丙隆的不当使用会对农作物产生药害而导致减产,而且异丙隆及其代谢产物也会对人类健康造成影响。因此,如何高效的去除农田土壤中异丙隆的残留成了亟待解决的问题,而微生物的降解作用是消除环境中异丙隆危害的重要方式。本研究以实验室前期筛选的异丙隆高效降解菌株Sphingobium sp.YBL2为供试菌株,优化了菌株YBL2的液体发酵条件、研制了它的固体菌剂。同时选择对异丙隆敏感的作物小麦为供试植物,研究了菌株YBL2在小麦根际的定殖情况、对根际异丙隆的降解效果及其对小麦受异丙隆药害的解除效应以及菌株YBL2对根际异丙隆降解过程中的微生物生态学效应。本论文的研究结果可以为异丙隆污染土壤的微生物修复提供理论依据和技术支撑。1.菌株YBL2液体发酵条件的优化通过对菌株YBL2液体发酵条件的优化（包括单因素实验、Placket-Burman实验以及Box-Behnken Design实验）,获得最佳培养基配方为:9.38 g/L酵母粉/（NH4）2SO4（mol/mol,4/1）,10 g/L 葡萄糖,2 g/L K2HPO4,0.5 g/L KH2PO4,2g/LNaCl,0.6 g/L MgSO4。最佳培养条件为:接种量4%,装液量35 mL/250,pH 7.0,培养温度32.5℃,转速180 rpm,发酵培养至18 h后测定YBL2活菌数为2.23×109 CFU/mL,是原始未优化条件1.75×109 CFU/mL的1.28倍。利用摇瓶优化后参数在7.5 L发酵罐上培养YBL2,获得的活菌数为9.96×109 CFU/mL,是摇瓶培养结果的4.47倍。2.菌株YBL2固体菌剂的研制选择米糠、蛭石、玉米秸秆粉、生物炭、鸡粪、蚯蚓粪、猪粪和秸秆肥作为载体,接种YBL2降解菌,研制其固体菌剂。当菌株YBL2的初始接种量为0.92×108 CFU/g时,常温下保存至180 d后,以米糠、鸡粪、猪粪和玉米秸秆粉作为载体的四种固体菌剂均符合农用微生物菌剂的行业质量标准,其中以米糠作为载体的活菌数最高,为6.76×108 CFU/g。最后将这四种YBL2固体菌剂进行土壤农药残留的降解实验,结果表明:以米糠作为载体的菌剂对异丙隆的降解速率最快,至第4d时就已检测不出异丙隆,而以鸡粪、猪粪和玉米秸秆粉作为载体的菌剂的降解率分别为94.32%、84.28%和 69.58%。3.菌株YBL2的GFP标记及其在小麦根际的定殖研究为了研究菌株YBL2在小麦根际的定殖情况,我们先在菌株YBL2的4号质粒上标记了gfp基因,命名为YBL2-gfp。比较了菌株YBL2-gfp和YBL2对异丙隆的降解及利用其生长的情况,结果表明菌株YBL2-gfp降解异丙隆和利用其生长的能力和YBL2类似,说明gfp基因的导入没有影响菌株YBL2-gfp对异丙隆的降解及利用其生长的特性。通过传代培养实验发现菌株YBL2-gfp连续传10代后其遗传稳定性为95.93%,表明标记基因质粒在菌株YBL2-gfp中具有较高的遗传稳定性。通过激光共聚焦显微镜（CLSM）观察了菌株YBL2-gfp在小麦根系表面的定殖情况。结果表明,菌株YBL2-gfp主要定殖在小麦根部的分生区、伸长区和成熟区的表面,而在小麦的侧根和根冠上的定殖数量很少,而且在小麦根系内部没有观察到菌株YBL2-gfp的定殖。利用土培实验及平板计数法,对菌株YBL2-gfp在小麦根表、根际和非根际土壤中的定殖动态进行了定量分析。结果表明,菌株YBL2-gfp的初始浓度为2.71×108 CFU/g干土时,至少可以在小麦根表定殖12 d,而在根际与非根际土壤中至少可以定殖20 d。在整个培养时期内,菌株YBL2-gfp在小麦根表定殖的数量可达到104-107 CFU/g根,在小麦根际土壤中定殖的的数量可达到105-108 CFU/g干土,要高于非根际土壤中菌株YBL2-gfp的数量（104-108CFU/g干土）。4.菌株YBL2-gfp对小麦根际异丙隆的降解及其生态学效应通过拌土的方式将菌株YBL2-gfp（1.05×107CFU/g干土）添加至施用异丙隆（浓度分别为0.177和2 mg/kg干土）的小麦种植土壤中,对小麦根际土壤中异丙隆的降解效果和小麦的各项生长指标进行了测定。结果表明,在添加了 2 mg/kg干土异丙隆的小麦根际土壤中,异丙隆在21 d内的自然降解率为15.69%,而接种菌株YBL2-gfp的根际土壤样品,已经检测不到异丙隆残留,而且小麦各项生长指标也得到显著改善,几乎恢复到对照水平,表明添加菌株YBL2-gfp可以有效去除根际土壤中的异丙隆残留,解除小麦药害。通过荧光定量PCR的方法,对菌株YBL2-gfp中负责异丙隆降解的关键基因（pdmA）进行定量测定,以此来间接对小麦根际土中的菌株YBL2-gfp进行定量,结果表明:当菌株YBL2-gfp在根际土中的初始密度为9.86×107 copies/g干土时,随着时间的推移,菌株密度逐渐下降。至第21 d时,菌株YBL2-gfp的数量下降至（2.19-4.51）×107copies/g干土,在21mg/kg异丙隆处理中菌株YBL2-gfp的数量最高.分别是添加菌株YBL2-gfp但未添加异丙隆处理和0.177 mg/kg异丙隆处理的2.1倍和1.6倍。通过高通量测序进一步研究小麦根际土壤样品中的细菌和真菌群落结构动态变化过程。结果表明:单独添加菌株YBL2-gfp（Y）对土壤中细菌群落的丰富度和多样性没有显著影响,但会显著减少（P<0.05）真菌群落的丰富度和多样性。与未经任何处理的土壤（CK）相比,施加不同浓度的异丙隆（IL或IH）对土壤中细菌群落的多样性和丰富度没有显著影响;而在真菌群落中,大部分施加异丙隆的处理均会减少（P<0.05）土壤中真菌群落的丰富度和多样性。与添加异丙隆处理相比,大部分菌株YBL2-gfp+异丙隆处理（ILY或IHY）对细菌群落的丰富度和多样性没有显著影响,但会减少真菌群落的丰富度和多样性。物种差异分析结果表明:无论细菌还是真菌群落,异丙隆处理下具有显著差异的属均为低丰度物种;在较短的时间内,异丙隆浓度的增加会促进或抑制某些细菌属,而真菌属中几乎均随着异丙隆浓度的增加而受到抑制;其中,细菌属Anaeromyxobacter和Microvirga除了对异丙隆具有浓度依赖效应外,同时显示出对培养时间的依赖性响应。菌株YBL2-gfp的添加亦会促进或抑制某些细菌和真菌属的生长,且细菌属Sphingobium、Steroidobacter、Massilia、Pseudomonas、Microvirga、Bradyrhizobium 和其菌属Mycoarthris、Staphylotrichum、Trichosporon、Pseudocoleophoma均表现出对培养时间具有依赖效应。