取代脲类除草剂异丙隆 [3-(4-异丙基苯基)-1,1-二甲基脲，Isoproturon] 广泛应用于农田防除一年生禾本科和阔叶杂草，但是由于不科学施用及其环境持久性和相对较高的水溶性，在各种环境中均能检测到异丙隆及其代谢物残留，其浓度常常超过允许限值（0.1 μg/L）。同时，残留的异丙隆能被农作物吸收，易造成食物链污染，严重威胁生态安全和人类健康。因此，从受污染环境中去除异丙隆残留成为一项迫切需求。

近日，南京农业大学生命科学学院环境微生物学团队蒋建东教授和植物逆境生理团队张群教授合作在大豆（Glycine max L.）中通过叶绿体导肽成功表达了细菌源异丙隆N-脱甲基酶PdmAB基因，并对转基因大豆在异丙隆污染土壤中的修复潜力、共生固氮功能及对根际细菌群落安全性进行了深入的研究。该成果为异丙隆污染农田土壤修复提供了一种潜在高效且安全的植物修复策略，相关成果在线发表在国际知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上。

图1. 构建转pdmAB基因大豆及验证

由于植物叶绿体可以为加氧酶成分PdmAB提供还原能力（例如NADPH），因此将叶绿体导肽编码序列（AtCTP）添加到经大豆（Glycine max L.）密码子偏好性优化合成的pdmA和pdmB基因序列的5'端，构建了大豆转化载体（pDBN10939），通过农杆菌转化成功构建了转pdmAB基因大豆系（T₃-55、T₃-90和T₃-140），并通过RT-qPCR、Western blot及粗酶活性分析确认了PdmAB脱甲基酶在大豆中高效表达并行使功能（图1），显著增强了转基因大豆对异丙隆的耐受性，但对大豆生长无明显负面影响。

图2. 转pdmAB基因大豆能高效去除环境中异丙隆

接着，通过水培实验表明转pdmAB基因大豆能够将异丙隆N-脱甲基为对植物毒性显著降低的产物MDIPU [3-(4-异丙基苯基)-1-甲基脲]。转基因大豆在5天内能从水环境中去除了98%的异丙隆（5 mg/L，120 mL体系），并且在植物组织中比野生型大豆积累更少的异丙隆残留（图2）。土壤修复实验中也得到类似结果。

图3. 异丙隆压力下转pdmAB基因大豆表现出更好的共生固氮能力

同时，通过接种大豆慢生根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum），发现在非异丙隆处理下，转pdmAB基因对大豆共生固氮功能没有显著影响，但是在异丙隆胁迫下，转基因大豆可以通过增加根瘤的生物量（干重），补偿异丙隆胁迫导致的结瘤数目减少的影响，恢复其正常水平的共生固氮功能（图3）。

图4. 异丙隆压力下转pdmAB基因大豆根际细菌群落比野生型更加稳定

最后，通过根际细菌群落测序分析，发现非异丙隆胁迫下，转入pdmAB基因对大豆根际细菌群落结构没有显著影响；异丙隆胁迫显著性影响大豆根际细菌群落结构，但转基因大豆可以通过降解异丙隆实现解毒，从而更快（42天）消除异丙隆胁迫对根际细菌群落的扰动，维持根际细菌群落结构和网络的稳定性（图4）。这些结果证明构建的转pdmAB基因大豆其根际细菌群落的生态安全性，为未来应用提供理论基础。

南京农业大生命科学学院博士生孔祥坤为论文第一作者，蒋建东教授和张群教授为本论文的共同通讯作者，南京大学季荣教授和南京农业大学王保战教授参与了此项研究。本研究得到了中国科学院战略重点研究计划、中欧国际合作计划等项目的资助。

原文链接： https://doi.org/10.1111/pbi.13951