农药的微生物降解技术研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 长江大学学报（自科版）农学卷２００７年６月第４卷第２期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ　Ｓｃｉ　Ｅｄｉｔ）Ａｇｒｉ　Ｓｃｉ　Ｖ　Ｊｕｎ．２００７，Ｖｏ１．４　Ｎｏ．２　・８７・　农药的微生物降解技术研究　习志江　（长江大学生命科学学院，湖北荆州４３４０２５）　李秋果　（长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州４３４０２３）　［摘要］农药的大量使用已造成严重的全球性环境污染和生态破坏，因此微生物降解农药技术引起人们的广　泛关注。对农药降解微生物的分离筛选。农药微生物降解技术存在的问题、应用及今后的研究方向进行了　综述。　［关键词］农药；微生物；降解　［中图分类号］Ｘｌ７２；Ｓ１５４．３９　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１６７３—１４０９（２００７）Ｏ２一Ｓ０８７—０４　２Ｏ世纪６Ｏ年代出现的第一次“绿色革命”为人类的粮食安全做出了重大贡献，其中农药为粮食的增　产起到了重要的保障作用。由于农药具有成本低、见效快、省时省力等优点，因而在世界各国的农业生产　中被广泛使用。但很多农药本身对人类及其它生物是有毒的，而且很多类型的农药性质稳定，是不容易被　降解的化合物，这使农药产生了严重的负面影响，已造成严重的全球性环境污染和生态破坏，给非靶生物　带来伤害，威胁着人类的身心健康口］。因此，加强农药的生物降解研究，解决农药对环境及食物的污染问　题，是人类当前迫切需要解决的课题之一。　农药降解研究领域日趋活跃，研究者们相继对除草剂、杀虫剂、杀菌剂等的微生物降解进行了深入细　致的研究。通过近几十年的研究，已经确定了微生物在土壤和水环境的农药降解中起主要作用。研究者　分离到一批能降解或转化某种农药的微生物类群，逐步弄清了微生物降解农药的主要作用方式及降解机　制，以及各类化学农药的微生物降解途径［２　］。　１农药降解微生物的分离、筛选　大量研究表明，自然环境中存在的许多微生物在农药降解方面起着重要作用，已报道的微生物有细　菌、真菌、放线菌、藻类等　］。细菌由于其生化上的多种适应能力和容易诱发突变，从而在农药降解中占　有主要地位，其中假单孢菌属是最活跃的菌株，对多种农药具有降解作用凹　。　科研工作者通过富集培养、分离筛选等技术已发现了许多能够降解农药的微生物［１　。如王银善等口。　分离到一株黄杆菌Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ｓｐ．Ｐ３２，可降解对硫磷、杀螟松、甲基对硫磷、水胺硫磷；Ｃａｉｎ等口　通　过富集培养从土壤中分离到一株降解乙烯菌核利的假单孢菌；刘玉焕等口　对甲胺磷降解真菌进行了较全　面的研究；王保军等口钉系统地研究了门多莎假单孢菌ＤＲ一８菌株对甲单脒的降解代谢；Ｍａｎｄｅｌｂａｕｍ　等［１６］从土壤中分离出一株Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　ｓｐ．能降解除草剂阿特拉津；程国锋等　＂　从污泥中富集培养筛选　出一株能降解甲胺磷和乐果的芽孢杆菌，然后接种于含一定浓度农药的基础培养基中，好气培养８　ｄ后对　甲胺磷的降解率达４２．５　，对乐果的降解率达５０．２　。此外，利用白腐真菌降解农药的研究也已成为热　点Ｌ１　。　。这些农药降解菌株的分离、筛选为解决农药降解问题奠定了一定基础。　２农药微生物降解技术研究中存在的主要问题　微生物降解农药的研究，最早是Ａｕｄｕｓ报道了关于土壤微生物对２，４一Ｄ的分解研究　，目前，其研　究正方兴未艾。但是，大部分的工作还局限于实验室，要使农药降解菌从实验室应用于实际生产，还存在　［收稿日期］ｚｏｏ６～０９—１１　［第一作者简介］习志￣Ｉ（１９７７一）．男．江西吉安县人．理学硕士．助教．主要从事应用微生物研究　维普资讯 http://www.cqvip.com ・８８・　长江大学学报（自科版）农学卷　２００７年６月　一系列Ｉ司题。　２．１单一菌株的纯培养问题　以往的研究主要集中在单一菌株的纯培养上。通常首先在实验室内获得纯培养的菌株，然后研究它　的特性、降解机理等。然而这一方法与实际情况不太符合，因为在自然状态下是多种微生物共存，通过微　生物之间的共同作用来降解农药［１　，并且农药残留往往存在于土壤、水体、农副产品等复杂环境中，即使　实验室内一株菌的降解活性再强，到了这种复杂环境下有可能无法生存或起不到期望的作用。　２．２　受农药污染的环境及食品不能进行有效的处理　受农药污染的环境由于比较分散而且面广，很难集中统一起来处理，特别是被农药污染的食品，由于　直接跟人类的健康有关系，不能随便轻易采用微生物来处理，既要保证对农药进行降解，又要保证所使用　的微生物对人体健康无害，这在目前是很难做到的，因此对食品更缺乏有效的处理方式　］。　２．３环境条件对微生物降解农药的影响　环境条件对微生物的生长和对农药的降解影响很大，如环境中的温度、ｐＨ、水分含量、有机质含量和　含氧量等变化会直接影响到微生物对农药的降解。一般来说在高温湿润、有机质含量丰富、ｐＨ偏碱性的　情况下，农药容易被降解＿２　。如何克服环境的影响从而充分发挥微生物对农药的降解是需要解决的一个　关键问题。　２．４　降解过程中微生物与农药接触的难易程度　对于被农药污染的土壤和水体，微生物很容易与其中的残留农药接触，从而能发挥它们的降解功能。　但是，对于被农药污染的食品来说，利用微生物降解其中残留的农药很难，因为微生物无法与存在于食品　内部的残留农药接触，无法发挥它们的作用，而只能降解残留在食品表面的部分　。这种限制需要尽快　解决，从而扩大微生物降解农药的应用范围。　２．５环境对降解菌的影响　投放到环境中去的降解菌还会受到抑制物的影响，或受到该环境中原有菌群的影响，甚至受到拮抗作　用而不能生长等　，这些都可能造成接种的微生物不能成为优势菌从而失去对农药的降解作用。　３农药微生物降解技术的应用及今后的研究方向　３．１　固定化微生物技术在农药降解中的应用　自２０世纪７０年代后期以来，固定化微生物的研究迅速发展，其应用范围很广。其中，应用固定化微　生物技术处理降解污水中的农药，成为一个新的研究领域。陈敏等　利用聚乙烯醇包埋活性炭固定微生　物，对水胺硫磷的降解进行试验，取得了满意的结果，其降解能力优于未固定化微生物；Ｙａｎｇ等　用三醋　酸纤维素包埋固定经酚驯化的污泥来降解２，４一Ｄ，当水中２，４一Ｄ浓度为２５０　ｍｇ／Ｌ时，出水浓度可降到　小于ｌ５　ｍｇ／Ｌ，去除率达９７　９／６。　由于固定化细胞对底物和氧气扩散有阻碍，使细胞酶活性降低　，通过基因工程手段制备高效工程　菌是解决该问题的关键。闰艳春等　阳克隆抗性库蚊酯酶基因并在大肠杆菌中高效表达，用海藻酸钠包埋　固定此工程菌，并处理有机氯农药三氯杀虫酯和菊酯类农药溴氰菊酯，结果表明，固定化工程菌能高效降　解这２种农药。　３．２农药降解酶制剂的研制及应用　如果用微生物产生的酶来处理农药残留而不是直接使用微生物菌株，那么对环境造成威胁或潜在威　胁的风险即可降低。研究表明，一些酶比产生这类酶的微生物菌体更能忍受变异的环境条件。比如，对硫　磷水解酶可耐受高达ｌ０　９／６的盐浓度和５０℃的温度，而产生这种酶的假单孢菌在这种条件下却不能生　长　］。Ｍｕｎｎｅｃｋｅ将一种由细菌培养得到的能降解对硫磷等９种有机磷农药的酶，用共价结合的方法，制　成固定化酶柱，对含对硫磷１０￣２５０　ｍｇ／Ｌ的废水进行试验，结果能将对硫磷去除９５　或更高。可使处理　后水中浓度低于５００　ｇｇ／ＬＬ　。　３．３　降解基因的克隆、表达调及基因工程菌的构建　分子生物学的迅猛发展为农药降解菌从实验室走向实际应用提供了可能。人们寄希望通过基因工程　维普资讯 http://www.cqvip.com 第４卷第２期　习志江等：农药的微生物降解技术研究　・　８９・　技术将农药降解酶基因或降解质粒克隆到合适的宿主菌中并使其高效表达，构建“高效农药降解菌”，为农　药的微生物降解开辟一条新途径，这也是今后工作的重点。这一领域已成为当今环境生物技术的研究热　点之一，目前有很大进展。Ｗｉｌｆｒｅｄ　Ｃｈｅｎ构建的带有有机磷水解酶基因的工程大肠杆菌能够快速降解有　机磷农药　］。沈标等采用三亲接合法成功地将带有ｌｕｘＡＢ基因的Ｐｔｒｌ０２质粒转入甲基１６０５降解菌　ＤＬＬ一１中，获得的接合子荧光非常强，而且标记质粒非常稳定　。此外，除草剂２，４一Ｄ降解质粒　、阿　拉特津降解酶基因［：；　等已成功地克隆表达。　３．４实验室研究与大田应用相结合　目前进行的农药微生物降解研究多停留在实验室水平　。　，与大田的农药应用情况相比较，是在相　当强的选择压下分离降解菌，且常用纯培养方法进行试验，得到的降解菌应用到田问或自然环境条件下其　降解活性容易丧失。另外，在实验室里得到的微生物在向大田释放和直接应用时对环境的安全性以及对　人和其它生物是否有害必须认真深入细致地研究。应该指出，如果过分强调或夸大基因工程菌的危害，将　会使人们失去一种降解环境污染物的强有力工具口　。如何使实验室得到的结果与大田应用相结合，是一　个有待进一步探讨的复杂而具有实际意义的课题。随着分子生物学的飞速发展，随着研究的不断深入，利　用微生物降解农药等环境污染物、保护环境不久将会变成现实。　［参考文献］　［１］Ｗａｇｒｏｗｓｋ　Ｄ　Ｍ，Ｈｉｔｅｓ　Ｐ　Ａ．Ｐｏｌｙｃｙｃｌｅ　ａｒｏｍａｔｉｃ　ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ，ｓｕｂｕｒｂａｎ　ａｎｄ　ｒｕｒａｌ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎ　Ｓｃｉ　Ｔｅｃｈ—　ｎｏｌ，１９９７，３１：２７９～２８２．　［２］虞云龙，樊德芳．农药微生物降解的研究现状与发展策略ｒＪ］．环境科学进展，１９９６，４（３）：２８～３５．　［３］冯化成（译）．土壤细菌和农药降解［Ｊ］．农药译丛，１９９４，１６（４）：４７～５ｏ．　［４］李俊刚．杀虫剂的微生物降解［Ｊ］．农业环境保护，１９９３，１２（４）：１７１～１７３．　［５］郑重．农药的微生物降解［Ｊ］．环境科学，１９９０，１１（２）：６８～７２．　［６］Ｇｅｂｅｎ　ｄｊｎｇｅｒ　Ｎ，Ｒａｄｏｓｅｖｉｃｈ　Ｍ．Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｔｒａｚｉｎｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｃｙａｎａｚｉｎｅ　ａｎｄ　ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｉｎ　ｂａｃｔｅｒｉａｌ　ｉｓｏｌａｔｅ　Ｍ９１—３［Ｊ］．Ａｐ—　ｐｌ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｌｏ．１９９９，５１：３７５～３８１．　［７］Ｇｉｓｉ　Ｄ，Ｓｔｕｃｋｉ　Ｇ，Ｈａｎｓｅｌｍａｎｎ　Ｋ　Ｗ．Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ　４，６一ｄｉｎｉｔｒｏ－ｏｒｔｈｏ—ｃｒｅｓｏｌ　ｂｙ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ　ｉｎ　ｂａｔｃｈ　ｃｕｌｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｉｎ　ｆｉｘｅｄ—ｂｅｄ　ｃｏｌｕｍｎ　ｒｅａｃｔｏｒｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｌｏ，１９９７，４８：４４１～４４８．　［８］Ｋａｌｅ　Ｓ　Ｐ，Ｍｕｒｔｈｙ　Ｎ　Ｂ．Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　ｄｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＤＤＴ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｒｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，１９９９，３９：９５９～９６８．　［９］Ｓｙｖａｎｅｎ　Ｍ，Ｚｈｏｕ　Ｚ，Ｗｈａｒｔｏｎ　Ｊ，ｅｔ　ａ１．Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ　ｇｅｎｅｓ　ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ｅｎｚｙｍｅｓ　ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅ　ｆｏｒ　ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｏｕｓｅｆｌｙ［Ｊ］．Ｊ　Ｍｏｌ　Ｅｖｏｌ，１９９６，４３：２３６～２４０．　［１ｏ］郑金来，李君文．常见农药降解微生物研究进展及展望［Ｊ］．环境科学研究，２００１，１４（２）：６２～６４．　［１１］金志刚，张彤．污染物生物降解［Ｍ］．上海：华东理工大学出版社，１９９７．１６２～１７４．　［１２］王银善．黄杆菌Ｐ３—２的分离及降解有机磷农药的某些特性［Ｊ］．环境科学学报，１９８５，５（３）：３１５～３２０．　［１３］薛琪（摘译）．土壤微生物和农药［Ｊ］．农药译丛，１９９４，１６（４）：５３～５４．　［１４］刘玉焕，钟英长．甲胺磷降解真菌的研究［Ｊ］．中国环境科学，１９９９，１９（２）：１７２～１７５．　［１５］王保军，刘志培．单假脒农药的微生物降解代谢研究［Ｊ］．环境科学学报，１９９８，１８（３）：２９６～３０２．　［１６］Ｍａｎｄｅｌｂａｕｍ　Ｒ　Ｔ，Ａｌｌａｎ　Ｄ　Ｌ．Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，１９９５，６１：１４５１～１４５７．　［１７］程国峰，李顺鹏，沈标，等．微生物降解蔬菜残留农药研究［Ｊ］．应用与环境生物学报，１９９８，４（１）；８１～８４．　［１８］Ｓｈａｈ　Ｍ　Ｍ，Ｂａｒｒ　Ｄ　Ｐ，Ｃｈｕｎｇ　Ｎ．Ｕｓｅ　ｏｆ　ｗｈｉｔｅ　ｒｏｔ　ｆｕｎｇｉ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｃｈｅｍｉｃａｌｓ［Ｊ］．Ｔｏｘｉｃｏｌ　Ｌｅｔｔ，１９９２，６４：４９３￣５０１．　［１９］Ａｒｉｓｏｙ　Ｍ．Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　ｂｙ　ｗｈｉｔｅ－ｒｏｔ　ｆｕｎｇｉ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎ　Ｃｏｎｔａｍ　Ｔｏｘｉｃｏｌ，１９９８，６０：８７５～８７６．　［２ｏ］李慧蓉．白腐真菌的研究进展［Ｊ］．环境科学进展，１９９６，４（６）：６９～７７．　［２１］张韩杰，闫艳春．农药残留及微生物在农药降解中的应用与展望［Ｊ］．湖北植保，２００４，（１）：３１～３５．　［２２］王伟东，牛俊玲，崔宗均．农药的微生物降解综述［Ｊ］．黑龙江八一农垦大学学报，２００５，１７（２）：１８～２２．　［２３］陈敏，罗启芳．聚乙烯纯包埋话性炭与微生物的固定化技术及其对水胺硫磷降解的研究［Ｊ］．环境科学，１９９４，１５（３）：１１～１４．　［２４］刘淑娟，肖　军．农药残留的微生物降解技术［Ｊ］．泰山学院学报，２００４，２６（６）：９７～１００．　［２５］张慰问．固定化微生物技术在废水处理中的应用和研究ｅ１］．上海环境科学，１９９１，（１０）：２０￣２４．　［２６］国艳春，乔传令，周晓涛．一种工程菌的高酶话性及其固定化细胞对农药的降解［Ｊ］．中国环境科学，１９９９，１９（５）：４６１～４６５．　［２７］Ｌｉ—Ｔｓｅ　Ｏｕ，Ａｎｉｌ　Ｓｈａｒｍａ．Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｔｈｙｌ　Ｐａｒａｔｈｉｏｎ　ｂｙ　ａ　Ｍｉｘｅｄ　Ｂａｃｔｅｒｉａｌ　Ｃｕｌｔｕｒｅ　ａｎｄ　ａ　Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ｓｐ．Ｉｓｏｌａｔｅｄ　ｆｒｏｍ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　Ｓｏｉｌｓ　［Ｊ］．Ａｇｒｉｃ　Ｆｏｏｄ　ｃｈｅｍ．１９８９，３７：１５１４～１５１８．　［２８］Ｄａｖｉｄ　Ｌ，Ｌｅｗｉｓ　Ｒｏｂｅｒｔ　Ｅ，Ｈｏｄｓｏｎ　Ｌ．Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｉｃ　Ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ｆｏｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｅｔｈｙｌ　Ｐａｒａｔｉｏｎ　ｂｙ　Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ　Ｓｐｅｃｉｅｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ　维普资讯 http://www.cqvip.com ・　９Ｏ・　长江大学学报（自科版）农学卷　２００７年６月　Ｅｎｖｉｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，１９８５，５０：５５３～５５７．　ｆ２９］Ｃｈａｕｄｈｒｙ　Ｇ　Ｒ，Ａｌｉ　Ａ　Ｎ，Ｗｈｅｅｌｅｒ　Ｗ　Ｂ．Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｍｅｔｈｙｌ　Ｐａｒａｔｈｉｏｎ—Ｄｅｇｒａｄｉｎｇ　Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ　ｓｐ［Ｊ］．Ａｐｐｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，１９８８，　５４：２８８～２９３．　［３Ｏ］李岩，蒋继志，马平，等．细菌降解农药研究新进展［Ｊ］．西北农林科技大学学报（自然科学版），２００５，３３（增刊）：２５Ｏ～２５２．　［３１］沈标，洪青，李顺鹏．甲基对硫磷降解菌ＤＬＬ一１的发光酶基因标记及在土壤中的变化［Ｊ］．农村生态环境，２００２，１８（１）　１６～２１．　［３２］杨小红，李俊，葛诚，等．微生物降解农药的研究新进展［Ｊ］．微生物学通报，２００３，３０（６）：９３～９６．　［３３］仪美芹，王开运，姜兴印，等．微生物降解农药的研究进展［Ｊ］．山东农业大学学报（自然科学版），２００２，３３（４）：５１９～５２４．　［３４］王伟东．农药的微生物降解研究进展［Ｊ］．环境污染与防治（网络版），２００４，（３）：１～１Ｏ．　（上接第８６页）　３　小结　荆州主要地表水体氮素污染严重，特别是氨氮和总氮严重超标，分别达Ｖ类水上限的４倍和５倍；氮　素以氨氮和有机氮为主，分别达到７４．７　、１６．８８　。生活污水、养殖废水及工业污水直接排放是造成水　中氮素超标严重的主要原因。荆州地区地表水氮素含量在不同区域或同一区域不同水域差异较大。长江　荆州段河道宽阔，水流较慢，船舶往来频繁，其水质不仅受当地各种污染源的影响，还受控于上游流域来水　质量。荆州段长江水质优于邻近居民区、养殖场水体水质和受重度污染的护城河水质，但劣于管理较好、　生态自净功能较强的华清池。　［参考文献］　［１］何燧源．环境化学（第４版）［Ｍ］．上海：华东理工大学出版社，２００５．３４３．　［２］国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局．中华人民共和国国家标准ＧＢ３８３８　２００２（地表水环境质量标准）［Ｍ］．北京：中国环境　科学出版社，２００５．１～２．　［３］吕　耀．农业生态系统中氮素造成的非点源污染［Ｊ］．农业环境保护，１９９８，１７（１）：３５～３９．