微生物降解农药,保护环境

保护环境，微生物降解农药之路

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摘要：本文根据《环境化学》中介绍微生物降解农药的科学原理，综述了环境中降解农药的微生物种类，微生物降解农药的机理等，分析了利用微生物降解农药是消除农业发展中农药污染的一个行之有效的重要方法。

关键词：微生物农药农药降解

1.农药污染的危害

在农业生产中，人们在田间经常喷洒化学农药以防治作物病虫害的发生，由于某些农药及其代谢物的理化性质稳定，在土壤中的积累而引起了环境污染问题。土壤环境是受农药污染重要场所。农药在土壤中长期残留累积的结果，致使农作物及畜产品中出现微量的残留农药，污染了食品，危害人类的人体健康。

目前，全球生产和使用的农药已达1 300多种，其中广泛使用的约为250多种。我国已迈人世界农药生产大国。1990年农药产量为22.66万t，1994年农药产量为26.6万t，约占世界农药总产量的1／10。现在，我国每年大约要施用80-100多万t的化学农药，有机磷杀虫剂占40％，高毒农药占37．4％，有的化学性质稳定，存留时间长。这些农药无论以何种方式施用，均会在土壤残留，而且在我国农药的有效利用率低，据测定仅为20％～30％(发达国家的农药利用率达60％-70％)。若按单位面积平均施药量计算，我国农药用量是美国的2倍多。据初步统计，全国至少有l300-1600万hm2耕地受到农药污染。大量的农药流失到土壤中，造成土壤环境的严重污染，影响了农业的可持续发展。

据世界卫生组织报道，发展中国家的农民由于缺乏科学知识和安全措施，每年有200万人农药中毒，其中有4万人死亡，平均每10分钟有28人中毒，每17分钟有1人死亡！而这还不包括因农药污染而导致死胎、致癌、流产的受害者。

2.农药污染概述

农药污染已成为国家发展中一个不能轻视的问题。那究竟什么是农药污染呢？

农药污染（pesticide pollution）指农药或其有害代谢物、降解物对环境和生物产生的污染。农药施用后，一部分附着于植物体上，或渗入株体内残留下来，使粮食、蔬菜、水果等受到污染；另一部分散落在土壤上（有时则是直接施于土壤中）或蒸发、散逸到空气中，或随雨水及农田排水流入河湖，污染水体和水生生物。农产品的残留农药通过饲料，污染禽畜产品。农药残留通过大气、水体、土壤、食品，最终进入人体，引起各种慢性或急性病害。农药及其在自然环境中的降解产物，污染大气、水体和土壤，破坏生态系统，引起人和动植物急性或慢性中毒的现象。多数农药对人和动物有毒害，大量接触以及误食后会造成急性中毒和死亡。

找出一条解决农药污染的方法，非常必要。

3.微生物降解农药概述

农药在土壤中的降解，包括光化学降解、化学降解与微生物降解等。其中，微生物对农药的降解是土壤中农药最主要也是最彻底的净化！当前农业上使用的主要为机化合物农

药，其中包括：敌百虫、甲胺磷、敌敌畏、乙酰甲胺磷、对硫磷、双硫磷、乐果等杀虫剂有机氮：西维因、速灭威、巴沙、杀虫脒等有机氯：六六六、滴滴涕、毒杀芬等杀螨剂螨净、缩节胺等。人们发现，在自然生态系统中存在着大量的、代谢类型各异的、具有很强适应能力的和能利用各种人工合成有机农药为碳源、氮源和能源生长的微生物，它们可以通过各种谢途径把有机农药完全矿化或降解成无毒的其他成分，为人类去除农药污染和净化生态环境提供必要的条件。

土壤中的微生物，包括细菌、真菌、放线菌和藻类等，它们中有一些具有农药降解功能的种类。细菌由于其生化上的多种适应能力和轻易诱发突变菌株，从而在农药降解中占有主要地位。一在土壤、污水及高温堆肥体系中，对农药分解起主要作用的是细菌类，这与农药类型、微生物降解农药的能力和环境条件等有关，如在高温堆肥体系当中，由于高温阶段体系内部温度较高，存活的主要是耐高温细菌，而此阶段也是农药降解最快的时期。通过微生物的作用，把环境中的有机污染物转化为二氧化碳和水等无毒无害或毒性较小的其他物质。通过许多科研工的努力，已经分离得到了大量的可降解农药的微生物。不同的微生物类群降解农药的机理、途径和过程可能不同，下面简要介绍一下农药的微生物降解机理。

3.1微生物降解农药的机理

目前，对于微生物降解农药的研究主要集中于细菌上，因此对于细菌代谢农药的机理研究得比较清楚。农药降解微生物甲胺磷芽孢杆菌、曲霉、青霉、假单胞杆菌、瓶型酵母阿特拉津烟曲霉、焦曲霉、葡枝根霉、串珠镰刀菌、粉红色镰刀菌、尖孢镰刀菌、斜卧镰刀菌、微紫青霉、皱褶青霉、平滑青霉、白腐真菌、菌根真菌、假单胞菌、红球菌、诺卡氏菌幼脲3号真菌敌杀死产碱杆菌4－D假单胞菌、无色杆菌、节杆菌、棒状杆菌、黄杆菌、生孢食纤维菌属、链霉菌属、曲霉菌、诺卡氏菌、DDT无色杆菌、气杆菌、芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、埃希氏菌、假单胞菌、变形杆菌、链球菌、无色杆菌、黄单胞菌、欧文氏菌、巴斯德梭菌、根癌土壤杆菌、产气气杆菌、镰孢霉菌、诺卡氏菌、绿色木霉等丙体六六六白腐真菌、梭状芽孢杆菌、埃希氏菌、大肠杆菌、生孢梭菌等对硫磷大肠杆菌、芽孢杆菌七氯芽孢杆菌、镰孢霉菌、小单孢菌、诺卡氏菌、曲霉菌、根霉菌、链球菌敌百虫曲霉菌、镰孢霉菌敌敌畏假单胞菌狄氏剂芽孢杆菌、假单胞菌艾氏剂镰孢霉菌、青霉菌乐果假单胞菌2，4，5-T无色杆菌、枝动杆菌、细菌降解农药的本质是酶促反应，即化合物通过一定的方式进入细菌体内，然后在各种酶的作用下，经过一系列的生理生化反应，最终将农药完全降解或分解成分子量较小的无毒或毒性较小的化合物的过程。如莠去津作为假单胞菌ADP菌株的唯一碳源，有3种酶参与了降解莠去津的前几步反应。第一种酶是AtzA，催化莠去津水解脱氯的反应，得到无毒的羟基莠去津，此酶是莠去津生物降解的关键酶；第二种酶是AtzB，催化羟基莠去津脱氯氨基反应，产生N－异丙基氰尿酰胺；第三种酶是AtzC，催化N－异丙基氰尿酰胺生成氰尿酸和异丙胺。最终莠去津被降解为CO2和NH3。微生物所产生的酶系，有的是组成酶系，如门多萨假单胞菌DR－8对甲单脒农药的降解代谢，产生的酶主要分布于细胞壁和细胞

膜组分；有的是诱导酶系，如王永杰等得到的有机磷农药广谱活性降解菌所产生的降解酶等。由于降解酶往往比产生该类酶的微生物菌体更能忍受异常环境条件，酶的降解效率远高于微生物本身，非凡是对低浓度的农药，人们想利用降解酶作为净化农药污染的有效手段。但是，降解酶在土壤中轻易受非生物变性、土壤吸附等作用而失活，难以长时间保持降解活性，而且酶在土壤中的移动性差，这都限制了降解酶在实际中的应用。现在许多试验已经证实，编码合成这些酶系的基因多数在质粒上，如4－D的生物降解，即由质粒携带的基因所控制。通过质粒上的基因与染色体上的基因的共同作用，在微生物体内把农药降解。因此，利用分子生物学技术，可以人工构建“工程菌”来更好地实现人类利用微生物降解农药的愿望。

3.2微生物的转化作用

微生物的农药转化作用分两类：1.矿化作用有许多化学农药是天然化合物的类似物，某些微生物具有降解它们的酶系。它们可以作为微生物的营养源而被微生物分解利用，生成无机物、二氧化碳和水。矿化作用是最理想的降解方式，因为农药被完全降解成无毒的无机物，如石利利等研究了假单胞菌DLL－1在水溶液介质中降解甲基对硫磷的性能及降解机理后指出，DLL-1菌可以将甲基对硫磷完全降解为NO2－和NO3－。2.共代谢作用。有些合成的化合物不能被微生物降解，但若有另一种可供碳源和能源的辅助基质存在时，它们则可被部分降解，这个作用称为共代谢作用，这一作用最初是由Foster等提出来的。如门多萨假单胞菌DR-8菌株降解甲单脒产物为2，4－二甲基苯胺和NH3，而DR-8菌株不能以甲单脒作为碳源和能源而生长，只能在添加其他有机营养基质作为碳源的条件下降解甲单脒，且降解产物未完全矿化，属于共代谢作用类型。关于共代谢的机理，现在还存在争论。由于共代谢作用而推动的顽固性人工合成化合物的降解一般进行的较慢，而且降解程度很有限，参与共代谢作用的微生物不能从中获得碳源和能源，但是自然界中还是广泛存在着大量的具有共代谢功能的微生物，它们可以降解多种类型的化合物。共代谢作用在农药的微生物降解过程中发挥着主要的作用。

3.3微生物降解农药的生化反应

微生物降解农药的生化反应氧化反应微生物体内的氧化反应包括：羟化反应；环氧化；N－氧化；P－氧化；S－氧化；氧化性脱烷基、脱卤、脱胺。还原反应还原反应包括硝基还原、还原性脱卤、醌类还原等。水解反应一些酯、酰胺和硫酸酯类农药都有可以被微生物水解的酯键，如对硫磷、苯胺类除草剂等。缩合和共轭形成缩合包括将有毒分子或一部分与另一有机化合物相结合，从而使农药或其衍生物物失去活性。应该指出，在微生物降解农药时，其体内并不只是进行单一的反应，多数情况下是多个反应协同作用来完成对农药的降解过程。

4.结语

微生物降解农药非常有效可行，它可以很切低地将土壤里的农药残留成分很好的分解，消灭。在21世界提倡科学发展，走可持续道路的今天，微生物降解，是名副其实的绿色化学，只要我们坚持不懈地去研究，充分调动有利因素，微生物的降解利用，必能做的更卓越，世界的发展，农业的发展必能提升到一个其所未有的高度。

参考文献：

[1]戴树桂.环境化学-第二版.北京:高等教育出版社，2009

[2]王伟东.农药微生物降解研究进展.

[3]百度百科.农药降解定义.