《Maize Sciences》 吉林农业大学联合吉林省农业科学院等构建固定化复合菌剂 IM-2NN，高效修复玉米田烟嘧磺隆残留。论文标题：Mitigating Nicosulfuron Injury and Remediating Herbicide Residues in Maize Fields: Degradation by the Immobilized Microbial Agent IM-2NN and Soil Metabolomic Analysis
期刊：Maize Sciences
作者：Yulin WU, Kuo LIU, Qianhang ZHAI, Yubo DING, Lining ZHENG, Fengjie SUN, Hao ZHANG, Xian WU
发表时间：29 Jul 2026
DOI：10.2738/MS.2026.0011
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Mitigating Nicosulfuron Injury and Remediating Herbicide Residues in Maize Fields: Degradation by the Immobilized Microbial Agent IM-2NN and Soil Metabolomic Analysis
玉米田烟嘧磺隆药害的缓解与污染修复：微生物菌剂IM-2NN的降解和土壤代谢组学分析
近日，吉林农业大学植物保护学院张浩教授团队联合吉林省农业科学院植物保护研究所吴宪副研究员与美国佐治亚格威内特学院（Georgia Gwinnett College）科学与技术学院孙凤杰教授在 Maize Sciences 发表题为 Mitigating Nicosulfuron Injury and Remediating Herbicide Residues in Maize Fields: Degradation by the Immobilized Microbial Agent IM-2NN and Soil Metabolomic Analysis 的研究论文。
该研究针对玉米田长期施用烟嘧磺隆可能造成的作物药害和土壤农药残留问题，构建了一种基于生物炭固定化技术的复合微生物菌剂IM-2NN，并从烟嘧磺隆降解、菌株环境适应性与土壤定殖、降解途径、根际土壤代谢以及玉米药害缓解等多个层面，系统评价了其在玉米田污染修复中的应用潜力。
图1 研究图形摘要
研究背景
烟嘧磺隆是玉米田广泛使用的磺酰脲类苗后除草剂，但长期或不合理施用可能导致土壤残留，并造成玉米生长迟缓、根系发育受阻和氧化胁迫等药害。微生物降解具有绿色、高效等优势，但游离菌体进入土壤后容易受到温度、pH、农药胁迫及土著微生物竞争等因素影响，存在存活率低、定殖不稳定和降解性能下降等问题。
因此，如何在提高降解效率的同时增强功能菌的环境稳定性和持续作用能力，是微生物修复技术走向实际农田应用的关键。
构建高效固定化复合菌剂IM-2NN
研究人员首先将两株高效烟嘧磺隆降解菌Klebsiella jilinsis 2N3和Serratia marcescens N80进行复配。结果表明，两株菌按照1:1 比例组合后表现出最佳协同降解能力，烟嘧磺隆降解率达到92.15%，明显高于两株菌单独使用时的降解水平。
进一步利用废弃食用菌培养基质制备生物炭，并结合聚乙烯醇（PVA）和海藻酸钠（SA）构建固定化载体，最终形成固定化复合微生物菌剂IM-2NN。其中，600℃制备的BC600 具有更发达的孔隙结构，可为菌体附着、营养和氧气交换提供良好的微环境。
图2 生物炭及固定化微生物菌剂IM-2NN的SEM表征：研究图形摘要
固定化后，IM-2NN在不同烟嘧磺隆浓度、温度和pH条件下总体表现出比游离复合菌2NN更稳定的降解能力，说明生物炭-PVA-SA固定化体系能够有效提高降解菌的环境适应性和抗逆能力。
图3 不同条件下2NN与IM-2NN对烟嘧磺隆的降解性能
IM-2NN显著提高土壤烟嘧磺隆修复效果
在烟嘧磺隆污染土壤中，固定化处理进一步体现出优势。处理28d后，在非灭菌土壤中，游离复合菌2NN的烟嘧磺隆降解率为78.37%，而IM-2NN进一步提高至89.68%。与此同时，2N3和N80的特异性标记基因在接种28d后仍可检测到，表明固定化载体有助于功能菌在土壤中持续存活和发挥降解作用。
研究还发现，固定化明显提高了菌剂的储存稳定性和重复利用能力，增强了复合菌剂面向实际农业环境应用的潜力。
解析烟嘧磺隆在土壤中的可能降解途径
通过HPLC-MS/MS分析，研究共检测到烟嘧磺隆及其一系列降解中间产物，并据此构建了烟嘧磺隆在IM-2NN作用下的可能转化途径。
结果表明，其降解涉及磺酰脲桥断裂以及S-N、C-N、C-C和C-S等化学键的连续断裂，最终将烟嘧磺隆逐步转化为结构更小的杂环和磺酰胺类中间产物。
图4 烟嘧磺隆降解产物及推测降解途径
不只是降解农药，IM-2NN进一步促进根际土壤功能恢复
为了进一步明确微生物修复对土壤微生态功能的影响，研究开展了根际土壤代谢组学分析。
结果显示，烟嘧磺隆污染明显扰动了根际土壤代谢状态，而 IM-2NN处理能够显著重塑这一代谢环境。差异代谢物主要涉及色氨酸代谢、D-氨基酸代谢、组氨酸代谢以及丙酮酸代谢等过程，与微生物抗逆、能量代谢、植物根系生长及污染胁迫响应密切相关。研究表明，IM-2NN的作用并非简单地去除农药，而是伴随着污染土壤代谢网络和微生态功能的协同恢复。
图5 烟嘧磺隆与IM-2NN处理对根际土壤代谢的影响
IM-2NN有效缓解烟嘧磺隆对玉米的药害
在玉米幼苗试验中，烟嘧磺隆处理显著增加根系丙二醛（MDA）积累，表明植物受到明显的膜脂过氧化和氧化胁迫。接种IM-2NN后，玉米根系MDA含量由烟嘧磺隆单独处理的12.8±0.71mmol/g降至6.32±0.45mmol/g，同时SOD活性得到恢复，POD、CAT等抗氧化系统趋于重新平衡，表明IM-2NN能够有效减轻烟嘧磺隆诱导的氧化损伤和玉米药害。
研究意义
本研究形成了一条从高效降解菌复配—废弃菌糠生物炭资源化利用—功能菌固定化—烟嘧磺隆降解—根际代谢恢复—玉米药害缓解贯通的微生物修复技术路线。不仅提高了烟嘧磺隆降解菌在复杂土壤环境中的稳定性和持续作用能力，还将农药残留去除、土壤微生态功能恢复和作物安全生产有机结合，为烟嘧磺隆污染玉米田的绿色修复以及农业废弃物资源化利用提供了新的技术思路。
作者与项目支持：
吉林农业大学博士生吴昱霖为本文的第一作者，张浩教授与吴宪副研究员为共同通讯作者。
本研究得到吉林省科技发展计划资助（20260102178JC）。
来源：Maize Sciences
