《Chemosphere》：Defined microbial consortium with bioremediation potential: atrazine removal, phytotoxicity, and detection of genes involved in herbicide catabolism
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本研究筛选出由Streptomyces sp. A2、A5、A11和M7组成的放线菌门微生物群C1，其去除25-50 mg/L草甘膦的效率最高且生长最佳，并验证其代谢 versatility可同时利用草甘膦作为碳氮源，处理后的液体显著降低草甘膦的植物毒性，所有菌株均携带降解相关基因。
L.A. 巴赞 | E.E. 拉伊蒙多 | J.H. 皮萨 | S.A. 库佐 | C.S. 贝尼梅利 | M.S. 富恩特斯
微生物工业过程试点工厂（PROIMI-CONICET），贝尔格拉诺大街与卡斯埃罗斯路交叉口，图库曼，4000，阿根廷
摘要
阿特拉津是阿根廷使用最广泛的除草剂之一。这种稳定且持久的化合物在环境中被检测到，其浓度甚至超过了允许的范围。因此，本研究旨在筛选出一组具有去除阿特拉津能力的放线菌群，确定经过处理的液体系统的植物毒性，并识别参与除草剂代谢的基因。为此，测试了四个放线菌群（C1、C2、C3和C4）在仅以阿特拉津为碳源的情况下的生长和去除能力。结果显示，由链霉菌属A2、A5、A11和M7组成的C1菌群具有最佳的生长和去除效率。进一步测试了该菌群以阿特拉津为唯一氮源时的表现，发现其生长值（2.98 ± 0.13 g L?1）与以阿特拉津为碳源时的生长值（2.88 ± 0.18 g L?1）之间没有统计学上的显著差异（p > 0.05）。然而，当阿特拉津作为氮源时，去除效率降低了13.3%。植物毒性测试表明，C1菌群能够逆转除草剂的毒性，尤其是在以阿特拉津为碳源的情况下。此外，在所有C1菌株中都检测到了至少一种编码参与除草剂降解酶的基因。这些结果表明C1菌群具有去除阿特拉津并将其作为碳源或氮源的能力，体现了其代谢的多样性和协同工作的潜力，这对于降解外源化合物至关重要。
引言
有益微生物在现代农业中发挥着关键作用，可作为生物农药、生物刺激剂和生物肥料，帮助作物抵御非生物胁迫。它们的使用符合再生农业的原则，减少了对外源性化学物质的依赖，并降低了传统管理方式对环境的影响（Díaz-Rodríguez等人，2025年）。然而，合成除草剂的过度使用仍在继续，这对这些微生物群落产生了负面影响，破坏了它们所支持的生态功能（Frimpong等人，2018年）。
阿特拉津（6-氯-N2-乙基-N4-异丙基-1,3,5-三嗪-2,4-二胺，ATZ）是全球应用最广泛的三嗪类除草剂之一，以其高环境稳定性和持久性而著称（Zhang等人，2020年；Hu等人，2023年）。在阿根廷，阿特拉津是使用量第三大的除草剂（每年10,000吨），广泛应用于甘蔗、亚麻、玉米和高粱等作物。该化合物在地表水、地下水、沉积物和土壤中的检出频率很高（50–100%），其浓度经常超过允许的范围（Gagneten等人，2023年）。即使在低于水质标准的浓度（<3 μg L?1）下，也已报告了对无脊椎动物和脊椎动物的亚致死效应，这突显了其广泛使用带来的环境风险。此外，阿特拉津污染会降低土壤微生物活性，干扰养分循环，并在植物组织中积累，从而威胁作物产量。在水生环境中，它还可能对敏感生物产生连锁效应，破坏生态平衡并降低生物多样性（Deng等人，2024年）。
已采用多种物理化学方法来去除受污染系统中的阿特拉津，包括化学过滤、焚烧、吸附、纳滤、微波处理、化学还原、氧化和光催化处理。尽管这些方法可以快速去除污染物，但通常需要较高的能量投入、专业设备和昂贵的试剂，并且许多情况下必须在体外进行，这增加了运营成本并可能破坏受影响环境的完整性。与水生系统相比，这些方法在土壤基质中的适用性更为有限（Rostami等人，2021年）。相比之下，微生物生物降解是一种环保且经济高效的替代方案。虽然微生物过程通常需要更长的处理时间，但它们适合原位应用，支持长期修复，并最小化环境干扰，使其成为缓解阿特拉津污染的可持续策略（Rostami等人，2021年；Mili等人，2023年；Xiao等人，2025年）。
近年来，微生物菌群（多种细菌和/或真菌的组合）因其在生物修复中的优势而受到关注（Nunes等人，2024年；Saez等人，2025年）。合成菌群能够实现协同作用、分工和互补的代谢能力，从而增强污染物的降解（Che和Men，2019年）。大量研究表明，微生物菌群可以有效去除多种污染物，包括有机氯和有机磷农药、三嗪类、碳氢化合物及其复杂混合物（Brice?o等人，2016年；Dehghani等人，2013年、2016年、2017年、2023年；Han等人，2024年；Isaac等人，2015年；Varghese等人，2021年；Antezana等人，2023年；Wu等人，2023年；Zhou等人，2023年）。这些优势使得基于菌群的方法特别适用于降解像阿特拉津这样的持久性除草剂。
放线菌门（Actinobacteria）的成员最近被重新分类为放线菌纲（Actinomycetota），它们以其代谢多样性、生态适应性和产生多种酶及生物活性化合物的能力而受到重视，这些特性使它们成为环境净化方面的有希望的候选者（Oren和Garrity，2021年；Mohammadipanah和Wink，2016年；Zhao等人，2016年；Saez等人，2025年）。该门中的多个属，包括链霉菌、红球菌、节杆菌和弗兰克氏菌，已在实验室和环境条件下证明了降解阿特拉津的能力（Saez等人，2022年；Mawang等人，2021年）。例如，从长期使用阿特拉津的土壤中分离出的红球菌属BCH2菌株，在中性pH值和有氧、黑暗条件下七天内降解了约75%的阿特拉津（Kolekar等人，2014年）。同样，从反复使用阿特拉津的甘蔗田中分离出的节杆菌属AK-YN10菌株，在含有1000 mg L?1阿特拉津的培养基中30小时内降解了99%的除草剂（Sagarkar等人，2016年）。最近，Saez等人（2022年）报告了不同链霉菌菌株在最小培养基中去除阿特拉津的效率，范围从9.6%到75.9%，这些菌株能够以阿特拉津为唯一碳源。共现网络分析进一步表明，至少有159个土壤微生物属可能携带降解阿特拉津的基因，其中放线菌纲占相关分类单元的22.01%（Liu等人，2023年）。此外，Sagarkar等人（2014年）证明了一个包含节杆菌属放线菌的混合菌群在模拟田间条件下有效去除了阿特拉津。
因此，本研究筛选出了一组具有从液体系统中去除阿特拉津能力的放线菌群，评估了它们的去除效果以及处理后废水的植物毒性。同时，还研究了参与这种广泛使用除草剂代谢的关键基因。通过结合菌群设计、阿特拉津消散实验和生态毒理学评估，本研究为基于放线菌的生物修复策略提供了全面的框架，以恢复受阿特拉津污染的农业环境。
研究片段
微生物菌群
在阿根廷放线菌生物技术实验室（PROIMI-CONICET）制备的四个放线菌菌群C1、C2、C3和C4被选中，因为它们已被证明能够去除含有氯原子的农药以及阿特拉津分子。C1菌群由链霉菌属A2、A5、A11和M7组成（Fuentes等人，2011年）；C2菌群由链霉菌属A6、A12、A14和M7组成（Fuentes等人，2014年）；C3菌群由链霉菌属A5、M7和阿米科拉托普西斯（Amycolatopsis）组成
研究放线菌菌群在受污染液体系统中的生长和阿特拉津去除潜力
评估了四个放线菌菌群在两种除草剂浓度（25 mg L?1和50 mg L?1）下的生长和去除阿特拉津的能力（表2）。生长分析显示，所有菌群都能在两种浓度下生长。在含有25 mg L?1阿特拉津的培养基（MM-25）中，微生物生长顺序为C1 > C2 > C4 > C3，生物量范围为2.50 ± 0.03至3.00 ± 0.02 g L?1
结论
所研究的四个放线菌菌群能够在两种测试的阿特拉津浓度（25 mg L?1和50 mg L?1）下生长。C1菌群因其作为碳源时的最佳生长表现和去除效率而被选为潜在的生物修复工具。该菌群由链霉菌属A2、A5、A11和M7组成，显示出根据不同条件将阿特拉津作为碳源或氮源的适应能力和代谢多样性
CRediT作者贡献声明
L.A. 巴赞：方法学、研究、数据分析、数据管理。E.E. 拉伊蒙多：方法学、研究、数据分析、数据管理。J.H. 皮萨：方法学、研究、数据分析、数据管理。S.A. 库佐：方法学、研究、数据分析、数据管理。C.S. 贝尼梅利：写作——审稿与编辑、方法学、资金获取、数据分析。M.S. 富恩特斯：写作——审稿与编辑、初稿撰写、监督、资金获取、数据分析
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
本研究得到了国家研究、技术发展和创新促进局（PICT 2019–2825，PICT 2021-CAT-I-00983）和国家科学技术研究委员会（PIP 0030，PIP 2021-670）的支持。
