有机磷农药微生物降解研究 摘要: 有机农药污染已成为一个世界性问题，，农药残留是目前我国环境污染的一个重要因素，尤其是化学农药和一些有机农药具有高毒性、高残留、难降解的特点，研究表明选择适当微生物降解农药残留是解决该问题十分有效的方法。目前我国所使用的农药中，有机磷、有机氯、拟除虫菊醋占绝大多数，本文对微生物降解有机磷农药残留的机理和微生物诱变和筛选的进展进行综述。 关键词:农药残留，微生物降解，有机磷农药

Microbial degradation of organophosphorus pesticide research

Xu yiyin 20105750 Food quality and safety(inspection direction) Abstract: The pollution of organic pesticides is an important issue in the world．,high residue and difficult degradation are a kind of important environment pollutants and pesticides degradation by microorganisms is one of the powerful means to treat pesticide pollution. Many researchers conducted lots of studies on it. Organic phosphorus degrading mechanisms, types of organic phosphorus pesticides degraders, degrading characteristics, influencing factors, applying efect and so on were summarized in this articl. Keywords: Pe sticides, Microbialde gradation, Organicp hosphoru

农药是我国保证粮食作物增产、稳产的重要的和有效的手段，据报道，全世界因病、虫、草害损失的产量:谷物5.1X 1 08t，糖用甜菜5.69X 1 0at， 甘蔗5.68X1 08t，马铃薯1.29X1 08t,葡萄0.266X 1 08t，棉花0.0569X l A ，大豆0.1307X 1 0't，水果0214X1 08t，蔬菜0.78X 1 08t，通过使用农药，粮食损失减少巧%左右。另外，它对防治其它农作物及蔬、果的病、虫、草害也显示了神奇功效。但是，农药的大量使用，对环境有着巨大的潜在危害，不仅污染土壤和环境农作物，而且还进一步污染地面水体以及海洋环境，直接威胁人类的生存环境和身体健康。为了解决农产品高产稳产与环境污染的矛盾，我们一方面要开发高效、低毒、低残留的化学农药或生物农药，另一方面则是要找到能够高效、快捷降解农药残留的方法。目前 上 述 两方面都在进行深入的研究:高效、低毒、低残留或无残留农药可以从源头上防止环境污染的发生，但是存在研究周期长，技术难度大的问题;而高效、快捷降解农药残留的方法则是对已经和将要发生污染的环境进行控制和治理，可以有效改善人类当前和将要发生的环境问题，并且还具有研发周期短，针对性强，作用效果好的特点，因此，为广大研究者所关注。己有的研究证明:微生物对农药的分解具有重要的作用，也是国内外研究热点。微生 物 法 降解农药残留的研究始于本世纪40年代末[U，至今己经取得很大进展。研究者们相 继对除草剂、杀虫剂、杀菌剂、杀线虫剂的微生物降解进行了深入细致的研究，对有机农药的降解机理已经基本清楚，并且分离到一批能降解或转化农药的微生物群，弄清了微生物降解农药的主要作用方式及降解机制，以及各类化学农药微生物降解的途径。 目前我国所使用的农药中，有机磷、有机氯、拟除虫菊醋占绝大多数，这些农药残留是当今农产品、土壤、水源和大气农药污染的主要污染物。本文将就有机磷农药残留的微生物降解机理和降解微生物诱变筛选的进展，以及该领域中进一步的研究方向进行讨论。 1有机磷农药微生物降解机理的进展 1. 1 微生物降解农药残留的机理 农药进入自然环境后可以通过各种途径进行降解，包括物理降解、物理化学降解、化学降解。而农药的化学降解可以分为光化学反应、化学反应、生物化学反应。总结国内外已经发表的研究论文，微生物对农药的作用方式可以分为两大类[3] 一类是微生物直接作用于农药，通过酶促反应降解农药，常说的农药微生物降解多属于此类;另一类是通过微生物的活动改变了化学和物理的环境而间接作用于农药。常见的作用方式有矿化作用、共代谢作用、生物浓缩或累积作用和微生物对农药的间接作用。微生物通过酶促反应降解农药的方式主要有氧化、脱氢、还原、水解、合成等几种反应类型。 当微生物农药的降解作用是由其胞内酶引起时，降解过程可以分为三个步骤。 (1 )将农药吸附于微生物细胞表面，这是一种动态平衡，也是导致降解初期出现“迟滞期”的关键阶段。 (2 )农药穿透细胞膜进入膜内，在菌量一定时，农药对细胞膜的穿透率决定了其穿透细胞膜的量，农药对细胞膜的穿透是降解的限速步骤。农药的这种穿透率与分子结构参数(主要是亲脂性参数和空间位阻参数)密切相关。 (3 )农药在细胞膜内通过与降解酶结合发生酶促反应，这是一个快速过程。 另外，王永杰等研究发现，降解有机磷的微生物可以共代谢方式降解废水中的有机磷。所谓共代谢方式是一种很独特的代谢方式，比如:某些有毒难降解物质不能被微生物直接降解，但添加易被微生物降解的物质如葡萄糖、乙醇等，则可以促进或启动难降解物质的降解，并将其导入良胜循环。我们通常把用于生长的物质称为一级基质，非用于生长的称为二级基质。所以王永杰等研究发现:在降解废水中有机磷残留过程中，过高的一级基质会抑制诱导酶的产生，从而有机 磷的降解率不高，因此一级基质的浓度应该适当。 1.2 甲胺磷微生物降解的机理 甲胺磷作为有机磷农药中的一种，具有使用范围广、自然降解慢、对环境影响大的特点，其结构相对简单，在降解途径有别于其它的有机磷农药，所以，甲胺磷农药降解途径及调控需要有力的控制。目前，甲胺磷降解微生物代谢机制己经研究清楚

2 有机磷残留农药微生物筛选的进展 2.1 有机磷农药残留降解微生物的筛选 Mal lic k K .[6]等从土壤中分离出一种节杆菌属(Arthrobactersp)的杆菌，该杆菌对甲基对硫磷、杀螟松、对硫磷均具有较强的降解能力，还从黄杆菌(Flavobacteriumsp)中分离出一种对对硫磷、杀螟松、二嗓农、甲基对硫磷等均具有相当降解能力的菌种南京 农 业 大学王永杰等从污泥中分离到一株可降解有机磷农药乐果(dimethoate)的细菌G1,初步鉴定为不动菌属(Acinetobacter)，该菌专性好氧，最适生长温度为300C ，最适pH7.0， 以共代谢方式降解乐果，还能降解有机磷农药敌敌畏(dichlorvos)和对硫磷(parathion)，但是对甲胺磷(methamidophos)残留没有效果。而中 山 大 学刘玉焕等[7]从广州农药厂的活性污泥中分离到曲霉L8，该菌株是到目前为止以乐果为唯一碳源和能源的霉菌，该菌在乐果无机盐培养基中生长良好，96h降解率达到58%，而且该菌对其他的有机磷农药也有较好的降解作用。除此 之 外 ，刘玉焕等[8]采用曲霉属(Aspergillussp)真菌对残留的乐果具有很好的效果，并且进一步的研究表明该真菌对甲胺磷、马拉硫磷、对硫磷有机磷农药残留都有一定的降解作用 2.2 甲胺磷农药降解微生物的筛选 湘潭师范学院生物系李淑彬与广州中山大学生命科学院的刘玉焕等[9]共同研究选育的假单抱菌(Pseudomonas)，并将起其命名为B-82。另外，刘玉焕还筛选了一种华丽曲霉(Aspergillus.orantus)进行甲胺磷的降解，该菌种可以以甲胺磷作为碳源和能源而生长，降解甲胺磷的最适温度为300C ，最适pH7.0 ，其完整细胞悬浮液对3000mg/L左右甲胺磷的降解率可以达到83%。河北 省 科 学院生物研究所史延茂，董超，赵芋等[10]从甲胺磷生产车间分离到一株假单胞菌，编号为S-2o S-2可利用甲胺磷为唯一氮源，但不能利用甲胺磷为唯一磷源。史延茂等还对S-2体内具有的降解甲胺磷的酶类进行了研究，初步断定:S-2可代谢产生酸性磷酸酶，主要在胞外降解甲胺磷。S-2在甲胺磷诱导的情况下，这些降解酶类可大量聚积。用诱导过的菌液降解甲胺磷比未经诱导的快了2d左右。 李淑彬等[11]对假单抱菌(Pseudomodass pp)B -82对甲胺磷的降解及影响条件做了探讨，对该菌的一些性能做了鉴定，该菌种可以以甲胺磷为唯一碳、氮和磷源生长，最适温度350C，最适pH为8.0，在所试验的金属离子中，Ccuu"+2,，Cc a21,， Mnn2 *对菌株生长有促进作用，而Hg2十则明显抑制生长作用，在18h内可以将1000mg/L的甲胺磷降解75%左右，在5000mg/L的培养基中也可以正常的生长。王永杰等[12]对有机磷农药降解菌地衣芽抱杆菌(Bacilluslicheniformis)经紫外线诱变后，筛选出突变菌株P12。在e= 300C,溶解氧P( 0z)=2 .5m gL‘的培养条件下，3d内对甲胺磷的降解率为80.1%，比出发菌株提高了将近10%的降解率。并且农药斜面连续传代10次，降解活力依然保持稳定。另外，该菌种还对敌敌畏等具有相当好的降解效果。

3 农药残留微生物降解的展望 微生物降解残留农药的发展将继续迅速的发展，结合目前的研究情况，今后微生物降解农药将会在如下几个方面有所发展: (1) 高 效农药工程菌(GMO)的开发。目前已经有很多关于GMO的研究，比如，WiIfredC he砂o,构建 的 带 有 有 机 磷 水解酶基因的工程大肠杆菌，可以迅速的降解有机磷农药。但是，随着分 子 生 物 学 的 迅 猛发展，新技术，新方法不断涌现，降解酶基因克隆、表达调控以及GMO 的 构 建 将 会 产 生意想不到的效果。 (2 ) 混合菌的培养。混合菌种培养可以更加真实的反映了生产应用中的情况，但是，目前存在很多技术上的障碍，菌种之间存在竞争、抑制、共生等多种矛盾，所以混合菌的培养需要一步的研究。 (3) 降解菌的固定化。阿姆斯特丹大学环境和毒物化学系的WanderW .Sp renger等通过对限制硝酸盐、碳源和氮源的连续培养基上的黄质杆菌(Flavobacterlum)生长实验的研究，发现微生物对有机磷的降解与其菌体和有机磷的接触频率是有着正比的关系。当有机磷的浓度比较高时，与降解微生物的接触频率高，降解速度快，降解率高;随着有机磷浓度的降低，降解速度降低，单位时间的降解率低。所以，如果对含有有机磷的污水，采用菌种固定化技术进行处理，将可以极大的提高降解率。