有机磷农药的微生物降解
有机磷农药的微生物降解
有机磷农药的微生物降解摘要：现今农业发展过程中应用最普遍，种类最多的农药是有机磷农药，虽然原有的降解有机磷农药的化学、物理方法亦收到良好效果，但随着生物技术的卓越发展，微生物对降解农药尤其是有机磷农药发挥着日益重大的作用。
针对有机磷农药的微生物降解问题提出看法，希望促进农业的现代化发展。
关键词：有机磷农药微生物微生物源酶降解中图分类号：x592 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）004-089-02自1960年以来，众多国家开始限制、禁止使用有机氯农药，其逐步被有机磷农药所替代，有机磷农药具有广谱、高效等众多优点，但是随着农业的卓越发展，其被过多使用，产生的负面效应也日益突显，其不仅污染了水资源，而且致使残留在众多农产品中的农药严重超标，食品污染现象十分严重，最终威胁了人类的生存、发展，继而不利于社会的全面、协调与可持续发展。
至此，保护环境的时代背景下，有机磷农药的微生物降解问题备受世人关注，探究如何充分发挥微生物对降解有机磷农药的作用已成为环境保护的重大课题。
1 降解有机磷农药的微生物品种概述当前，我们主要是从被污染的环境介质（例如：被污染的泥土、土壤）中来获取高效降解菌。
现在人们已经分离出的对有机磷农药降解有良好效果的微生物菌群主要有真菌、细菌、放线菌及一些藻类。
真菌基于其较高的降解能力，人们十分关注，主要有：木霉属、曲霉属、酵母菌及青霉属等。
颜世雷等有关人员经过长时间的摇床驯化培养从被污染的土壤里筛选得到2株曲霉菌株，其能够在高浓度氧化乐果环境下生长。
当温度高达28℃时，其降解氧化乐果的比率高达70.38%及61.28%。
因为细菌具有容易引发突变菌株和生化多适应性的优点，故在微生物降解过程中它具有极高的地位。
目前已经分离出的细菌有：芽孢杆菌属、假单胞菌属、黄杆菌属、节杆菌属、不动杆菌属、沙雷氏菌属等。
例如：以解秀平为代表的有关人员从污水曝气池里分离出一株可以以甲基对硫磷以及其在降解过程中产生的对硝基苯酚是仅有的碳源的节杆菌属，其在5h内降解50mg/l的甲基对硫磷以及对硝基苯酚的比率达到85%与98%。
有机磷农药的微生物降解研究进展
有机 磷 农 药是 农 药 重要 品 种之 一 ， 是 高 毒性 农 药 ， 属 于
酶。 ③ 酶 的 催化 作 用 。 主 要包 括 羟基 化 （ 苯 环 开环 ） 、 将 硝基 还 原成 氨基 、 亲核 进 攻脱 烷 氧基 、 甲氧基 、 乙 氧基 等 、 对 硫 磷 降解途径 、 分 子 内 重 排 产 生 磷 酸 酯 和磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 、 碳一 碳 键 断 裂 有机 磷 矿 化 的 必经 途 径 、 甲胺 磷 水 解 的主 要
为 了维 护 自然 生 态 平衡 ， 保 证 农 业 和 生 态 环境 的可 持 续 发
生 物 学技 术 的涌现 ， 传 统 有机 磷 农 药 降解 研 究 中的 障碍 得 以 克服 ， 从而 开辟 了新 的途 径 。 这 些技 术包括 固定化 微 生物 技术（ 固定 化 细胞 、 固定 化酶 ） 、 基 因 工程 技 术 （ 构 建 高效 降 解菌、 Ｄ ＮＡ改组提 高酶 活性 ） 、 多菌株 复合 系的构 建 、 微 生物
截 至 目前 ， 包括细菌 、 真 菌和 藻 类 多种 微 生物 在 内 的 多 种降 解 高 效 菌 已被 分 离 ， 其中 ． 对 细 菌 的 研 究较 为深 入 。 不
建 立高效 降 解 菌 的种子 库 ， 以利 于筛选 高 效 有机磷 降 解 菌 ， 提高其降解能力 ； 二是采取基因诱导变异的方法 ， 开发 降 解酶制剂产品 ， 同时 通 过 克 隆 与 表 达 降 解 酶 基 因 ， 提 高 其 降解能力 ； 三 是 对 有机 磷 农 药 微 生 物 降 解 机 理 、 生 物 降 解
途径 。 ３ 新 技 术 在 有 机 磷 农 药 微 生 物 降 解 中 的 应 用
有机 磷 酯 类化 合 物 ， 其 在 防治 农 业虫 害 中 ， 具 有 广谱 、 经济、 方便 、 高效 等 优 点 ， 在２ ０世 纪 ８ ０年代 前 一 直是 国 内外 广泛
有机磷农药残留高效降解微生物的筛选、鉴定及降解机理研究的开题报告
有机磷农药残留高效降解微生物的筛选、鉴定及降解机理研究的开题报告一、研究背景随着农业生产的发展，化学农药的使用量不断增加，有机磷农药作为一种重要的农药类型，由于其高效、低毒、广谱等特点，在现代农业中得到了广泛应用。
然而，有机磷农药具有较高的残留性，对人体健康和环境造成了一定的威胁。
因此，寻找一种高效的残留降解方法成为当前亟待解决的问题。
微生物降解是一种环境友好的残留降解方法，已被广泛应用于农药残留降解中。
因此，筛选、鉴定和研究具有高效降解有机磷农药能力的微生物，对于解决有机磷农药残留问题具有重要意义。
二、研究内容本研究旨在筛选、鉴定具有高降解有机磷农药能力的微生物，并研究其降解机理。
具体研究内容如下：1. 筛选样品的选择：采集来自不同农田土壤、水体、废水等样品，通过天然培养、微生物共培养等方法筛选出具有高降解有机磷农药能力的微生物，并对其进行初步鉴定。
2. 鉴定微生物：通过形态学、生理生化特性等方法鉴定微生物的生物学特性，并进行16S rRNA序列分析，确定微生物的分类学位置。
3. 优化降解条件：在确定具有高效降解有机磷农药能力的微生物后，通过改变培养条件如温度、pH值、培养时间等条件，优化微生物的降解效率。
4. 降解机理研究：通过检测降解前后的有机磷农药残留量、降解产物等方法，研究微生物降解有机磷农药的降解机理。
三、研究意义本研究可从以下几个方面对有机磷农药残留问题进行防治：1. 通过筛选高效降解有机磷农药能力的微生物，开发一种环境友好的降解方法，可有效减少有机磷农药残留。
2. 通过优化降解条件和研究降解机理，可以提高微生物的降解效率，并为有机磷农药残留降解提供更有针对性的方法。
3. 本研究对微生物的筛选、鉴定及降解机理研究等方面均有一定的理论与实践意义。
四、研究方法本研究主要采用以下方法：1. 采集样品：选择不同类型样品，包括土壤、水体、废水等样品，筛选具有高效降解能力的微生物。
2. 培养筛选：采用天然培养、微生物共培养等方法筛选出具有高降解有机磷农药的微生物，并对其进行初步鉴定。
有机磷农药降解方法及应用研究新进展
3、生物法
生物法利用微生物或酶的催化作用降解有机磷农药。微生物降解是通过微生 物体内的酶系统将有机磷农药分解成小分子。这种方法具有环保、经济等优点， 但需要合适的微生物种群和适宜的生长条件。酶降解是有机磷农药降解的另一种 生物法。在酶降解中，特定的酶能够催化有机磷农药的分解反应，将其分解成小 分子。这种方法具有高效、专一性强等优点，但需要寻找合适的酶源，且酶的稳 定性可能影响其应用效果。
四、应用前景
微生物降解技术具有广阔的应用前景。目前，已经开发出了一些基于微生物 降解的生物修复技术，用于治理有机磷农药污染土壤。这些技术包括：
1、生物强化技术：通过添加具有降解能力的微生物，提高土壤中有机磷农 药的降解速率；
2、生物堆肥技术：将有机废弃物与污染土壤混合堆肥，通过微生物的作用 将有机磷农药降解为无害物质；
四、结论
有机磷农药降解方法及应用研究新进展为解决环境和食品安全问题提供了新 的思路和方法。随着科学技术的发展和研究的深入，相信未来会有更多高效、环 保、经济的有机磷农药降解方法被发现和应用，为保护环境和人类健康做出更大 的贡献。
参考内容
有机磷农药（OPPs）是农业生产中广泛使用的一种合成杀虫剂，然而，它的 滥用或不合理使用可能会导致土壤污染。土壤中的有机磷农药对环境和人类健康 构成威胁，因此，研究如何有效降解土壤中的有机磷农药具有重要意义。在这篇 文章中，我们将探讨有机磷农药污染土壤的微生物降解研究进展。
1、物理法
物理法中的热分解和光分解是常见的有机磷农药降解方法。热分解通过加热 将有机磷农药分解成小分子，光分解则利用紫外线、可见光等光源照射有机磷农 药，使其分解成小分子。这两种方法均能有效地降解有机磷农药，但需要较高的 能量输入，且可能产生二次污染。
有机磷农药的微生物降解技术
等优势 ， 故其在微生物降解中占有重要地位 。至 今 ，已分 离到 的细菌 主要 有 ：假单胞菌 属 （ｓｕ Ｐｅ — ｄｍ ｎｓ 、芽 孢 杆 菌 属 （ａｃｌ ） ｏ ｏ ａ） Ｂ ｃｉ ｓ 、黄 杆 菌 属 ｌ ｕ
ｅ ｖ ｒｎ ｎ ａ ｏ ｃ ｒ ｓｆ ｒｉ ｏ ｃ ｓ ｎ ｏ ｓ ｃ ｎ ａｙ ｐ ｌ ｔ ｎ ． ｈ ｓｐ ｐ ｒｍａｎ ｙ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｅ ｂ ｏ ｏ ｉａ ｐ ｃ ｅ ｎ ｉ ｍｅ ｔｌｃ ｎ ｅ ｎ ｏ ｓｌｗ ｏ ｔ ｄ ｎ － ｅ ｏ ｄ ｒ ｏｌ ｉ ｓ Ｔ ｉ ａ ｅ ｉｌ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ｉｌ ｇｃ ｌｓ ｅ ｉ ｓ ｏ ｔ ａ ｕｏ ｈ ｆ ｒ ｍｉ ｒ ｂ ａ ｅ ａ ａ ｉｎ ｎ ｈ ｄ ａ ｃ ｓ ｉ ｂ ａｎ ｎ ｔ ｏ ｓ ｏ ｅ ｒ ｄ ｎ ｃｏ ｒ ａ ｉｍｓ ｅ ｒ ｄ ｎ ｃ ａ ｉｍ， ｏ ｃ ｏ ｉ ｌｄ ｇ ｄ ｔ ，ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｖ ｎ ｅ ｎ ｏ ｔ ｉ ｉ ｇ ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｄ ｇ ａ ｉ ｇ ｍｉｒ ｏ ｇ ｎ ｓ ，ｄ ｇ ａ ｉｇ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｒ ｏ
（ｌ ｏａｔ ｉ 、 Ｆａ ｂｃ ｒ ｍ）不动杆菌属（ ｃ ｅ ｂｃ ｒ、 ｖ ｅｕ Ａ ｉ ｔ ａｔ ）节杆 ｎｏ ｅ
菌属 （ ｒ ｒ ａｔ ．、 Ａ ｔ ｏ ｃ ｒｐ）沙雷氏菌属（ｅ ａａ ｐ） ｈ ｂ ｅｓ Ｓｒｔ ． ｒ ｉ ｓ 等。 金彬 明等罔 从被有机磷污染的海水样 中分离筛选 出 株蜡样芽孢杆菌（ ａｉｕ ｃｒ ｓ 菌株 ， ２ ℃下 Ｂ ｃ ｌ ｅ ｕ ） ｌｓ ｅ 在 ８
微生物对有机磷农药的降解
5.2降解酶基因的克隆、表达调控及基因工程的构建 降解酶基因的克隆、 降解酶基因的克隆 （ GMO ）；
目前已经有很多关于 GMO 的研究, 比如, WilfredChen[ 10] 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 会针对性更强, 效果更 明显。
降解
有机磷农药
主要内容
1 、有机磷农药简介 2 、微生物降解有机磷农药 3 、有机磷农药降解酶 4 、微生物降解农药的作用机理 5 、微生物降解农药的研究进展 6、 前景展望
1 、有机磷农药简介 有机磷农药简介
有机磷农药是农药中很重要的一类，一直在国 有机磷农药是农药中很重要的一类，一直在国 内外大量生产和广泛使用。目前，世界上的有 机磷农药的商品已达百种，我国使用的有机磷 农药约有30种，包括杀虫剂，除草剂等。农药 农药约有30种，包括杀虫剂，除草剂等。农药 在农业生产中广泛使用，而有机磷农药占整个 农药的60%，在有机磷农药中80%以上是剧毒 农药的60%，在有机磷农药中80%以上是剧毒 的有机磷农药如；甲胺磷，甲基对硫磷，对硫 磷，久效磷，敌敌畏等，仅甲胺磷的使用量一 年就高达6.5万吨，其他大吨位的有机磷农药还 年就高达6.5万吨，其他大吨位的有机磷农药还 有乐果，氧化乐果和辛硫磷等。它具有高效的 杀虫能力，为增加粮食生产防治疾病传播做出 了巨大贡献。但是有机磷农药的生产运输和大 量使用对生态环境中其他非靶生物乃至土壤、 水、大气整个生态系统产生的负面影响日益严 重，尤其是水果蔬菜等农产品中的农药残留通 过食物链在生物体内富集对人类找成严重危害 更不容忽视。
6.2 在识别降解酶基因的基础上，对降解基因 进行克隆与表达，构建工程菌，提高降解 能力，制备降解酶；
有机磷农药的微生物降解
时问 的摇床驯化培养从被污染 的土壤里筛选得到 ２株 曲霉菌 药 的酶系基因 ，或者是即是微生物 自身没有携带 可以降解有 株，其能够在高浓度氧化乐果环境下生长。当温 度高达 ２ ８ ℃ 机磷农药 的酶系 ， 但 是受农药 的影响 ， 微生物 的基 因也会 随之 时， 其降解氧 化乐果的比率高达 ７ ０ ． ３ ８ ％及 ６ １ ． ２ ８ ％。 因为细菌具有容易引发突变菌株和生化多适应性的优点 ， 发生 改变或者重组 ，继而新降解 酶系应运而生 。在分离获得 的具有抗辐射 性的不动杆菌 ＵＳ Ｔ Ｂ ． ０ ４降解 甲基对 硫磷的时
的毒死蜱 降解完毕 。 石利利等人对 假单胞菌 ＤＬ Ｌ ． １ 在水溶液 介质 中对 甲基对硫磷的降解有 的环境介质 （ 例如： 被污 染的 其降解机理是什么等做了深入、 细致的研究 ， 其 结果表 明假单 泥土、 土壤 ） 中来获取高效 降解菌 。现在人们 已经分离出的对 胞菌 Ｄ Ｌ Ｌ ． １可 以将 甲基对硫 磷全部转变 为无机离 子 Ｎ０ 、 有机磷农药降解有 良好效果 的微生物菌群主要有真菌 、 细菌 、 ＮＯ ， 。 ， 而对硝基苯酚是其 中间产物 。
与９ ８ ％。而 以金彬 明为代表的有关人员主要是从受有机磷污 ３ 限制有机磷农药的微生物 降解 的因素
浊后 的 海 水 样 中筛 选 、 分 离 出一 株 蜡 样 芽 孢 杆 菌 菌 株 ， 其 在 温 ３ ． １微生物 自身条件 的限制 度高达 ２ ８ 摄 氏度 的情 况下降解 甲胺 磷的比率 高达 ４ ８ ． ９ ％。 微生物本身的降解能力是限制有机磷农药微生物 降解 的 除 此 以外 ， 诸 如 可 以 降 解 甲 拌磷 、 对硫 磷 等 的 小球 绿 藻属 因素 中最重要的因素， 不 同种类的微生物， 其代谢活动各具特 之类 的一些藻类一定程度上也可 以降解有机磷农药，但是学 色 ， 适应性 也千差万别 ， 而且 同类型 的不 同菌株对相 同的有机
有机磷农药的微生物降解
有机磷农药的微生物降解摘要：现今农业发展过程中应用最普遍，种类最多的农药是有机磷农药，虽然原有的降解有机磷农药的化学、物理方法亦收到良好效果，但随着生物技术的卓越发展，微生物对降解农药尤其是有机磷农药发挥着日益重大的作用。
针对有机磷农药的微生物降解问题提出看法，希望促进农业的现代化发展。
关键词：有机磷农药微生物微生物源酶降解中图分类号：x592 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）004-089-02自1960年以来，众多国家开始限制、禁止使用有机氯农药，其逐步被有机磷农药所替代，有机磷农药具有广谱、高效等众多优点，但是随着农业的卓越发展，其被过多使用，产生的负面效应也日益突显，其不仅污染了水资源，而且致使残留在众多农产品中的农药严重超标，食品污染现象十分严重，最终威胁了人类的生存、发展，继而不利于社会的全面、协调与可持续发展。
至此，保护环境的时代背景下，有机磷农药的微生物降解问题备受世人关注，探究如何充分发挥微生物对降解有机磷农药的作用已成为环境保护的重大课题。
1 降解有机磷农药的微生物品种概述当前，我们主要是从被污染的环境介质（例如：被污染的泥土、土壤）中来获取高效降解菌。
现在人们已经分离出的对有机磷农药降解有良好效果的微生物菌群主要有真菌、细菌、放线菌及一些藻类。
真菌基于其较高的降解能力，人们十分关注，主要有：木霉属、曲霉属、酵母菌及青霉属等。
颜世雷等有关人员经过长时间的摇床驯化培养从被污染的土壤里筛选得到2株曲霉菌株，其能够在高浓度氧化乐果环境下生长。
当温度高达28℃时，其降解氧化乐果的比率高达70.38%及61.28%。
因为细菌具有容易引发突变菌株和生化多适应性的优点，故在微生物降解过程中它具有极高的地位。
目前已经分离出的细菌有：芽孢杆菌属、假单胞菌属、黄杆菌属、节杆菌属、不动杆菌属、沙雷氏菌属等。
例如：以解秀平为代表的有关人员从污水曝气池里分离出一株可以以甲基对硫磷以及其在降解过程中产生的对硝基苯酚是仅有的碳源的节杆菌属，其在5h内降解50mg/l的甲基对硫磷以及对硝基苯酚的比率达到85%与98%。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水解酶
氧化酶 还原酶 裂解酶 磷酸变位酶 氧化酶
酶催化作 亲 核 进 攻 脱 对 硫 磷 降 解 甲 胺 磷 水 解 包 括 甲 氧 将 硝 基 碳 一 磷 键 分 子 内 重 排 羟 基
用
烷 氧 基 、对 的途径
的主要途径 基 、 乙 氧 还 原 成 断 裂 , 有 产 生 磷 酸 酯 化 、
硫 磷、甲 胺
基 等 , 有 氨基 机 磷 矿 化 和 磷 酸 烯 醇 苯 环
磷等有机磷
机磷农药
的 必 经 途 式丙酮酸 开环
农药降解途
降解去毒
径
径
重要途径
有些合成的化合物不能直接被微生物代谢 , 但若存在另一种可供碳源和能源的辅助基质时 , 它们则可被部分降解 , 发生一种共代谢作用[9] 。 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 过程中 , 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[3 ] 。石利利等[10 ]在研 究假单胞菌 DLL - 1 在水溶液介质中降解甲基对 硫磷的性能及降解机理中发现 , DLL - 1 菌可以将 甲基对硫磷完全降解为 NO2- 和 NO3- 。自然界中
Yonezawa Y[5]等提出由微生物细胞内的酶引 起农药的降解时 , 整个过程分为三步 , 首先是化 合物在微生物细胞膜表面的吸附 , 这是一个动态 平衡 ; 其次是吸附在细胞膜表面的化合物进入细 胞膜内 , 在生物量一定时 , 化合物对细胞膜的穿 透率决定了化合物穿透细胞膜的量 ; 最后是化合 物进入微生物细胞膜内与降解酶结合发生酶促反
条件下研究了多环芳烃的降解后提出 , 2～4 环的 芳烃比 5～6 环的芳烃容易降解 。
此外 , 有机磷农药能抑制土壤中的活性酶 , 抑制程度的大小随着外界环境的变化而变化 , 不 同种类的有机磷农药对酶的影响也不同 。反之 , 有机磷农药对酶的活性也具有一定的刺激作用 , 但不同的有机磷农药对酶的刺激作用不一样 。所 以 , 酶对不同的农药表现出来的降解活性存在差 别。 413 外界条件
微生物降解有机磷农药的重要作用位点和酶 的种类如表 1 所示 。磷酸酯水解酶是一类广谱降 解酶 , 是有机磷农药微生物降解的主要酶 。
表 1 微生物降解有机磷农药的重要作用位点和酶的种类[1]
作用位点 P 一 0 一烷基 P 一 O 一芳基 O = P 一 NH - 烷基 一 NO2 C 一 P - C 一 P 一 苯环
4 影响微生物降解农药的因素
411 微生物的自身特性 微生物自身的降解功能特性是最重要的因素 。
微生物种类不同 , 代谢活性不一样 , 适应性也存 在差别 , 并且同一种类的不同菌株对同一有机底 物的反应都不同[3 ,4 ,13 ,14 ] 。此外 , 微生物适应环境 的能力较强 , 比较容易被驯化 , 通过适应过程 , 新的化合物能诱导微生物产生相应的酶系来降解 它 , 或通 过 基 因 突 变 等 建 立 新 的 酶 系 来 降 解 它[12] 。以往农药的生物降解主要是用单一微生物 菌株的纯培养[4 ,13] , 通过研究发现 , 纯培养不如 混合培养好 。因为单一微生物通常不具备生物降 解所需的全部酶的遗传合成信息 , 它们在难降解 化合物中驯化的时间不足以进化出完整的代谢途 径 , 在生物降解过程中会产生毒性中间物质积累 。 因而彻底矿化通常需要一个或一个以上的营养菌 群 (如发酵 ———水解菌群 、产硫菌群 、产乙酸菌 群及产甲烷菌群等) , 一种微生物降解一部分 , 经 过数种微生物的接力作用和协同作用 , 通过多步 反应将有毒化合物完全矿化 , 这种群体作用更能 抵抗生物降解中产生的有毒物质[15] 。 412 农药结构 (种类)
【摘 要】本文综述了降解有机磷农药的微生物种类 , 降解的原理和方式 , 以及影响微生物降解有机磷农药的因素 , 提出了在
微生物降解有机磷农药的研究方面未来需要解决的问题和可能的发展方向 。
【关键词】有机磷农药 ; 微生物 ; 微生物源酶 ; 降解
中图分类号 : S481
文献标识码 : C
1 引言
环境因素对微生物的生活及生存能产生很大 的影响 , 从而影响微生物的代谢活性和降解能力 。 这些影响因素主要包括温度 、酸碱度 、底物浓度 、 营 养 状 况、氧 气 量、水 分、表 面 活 性 剂 等[12 ,22～25 ] 。 41311 温度 、酸碱度
氧化反应 , 微生物体内的氧化反应包括 : 羟化反 应 (芳香族羟化 、脂肪族羟化 、N - 羟化) 、环氧 化 、N - 氧化 、P - 氧化 、S - 氧化 、氧化性脱烷 基 、脱卤 、脱胺 ; (2) 还原反应 , 还原反应包括 硝基还原 、还原性脱卤 、醌类还原等 ; (3) 水解
·4 5 · 2006 年 6 月
第 26 卷 第 3 期 ·4 3 · 2006 年 6 月
农业与技术 Agriculture &Technology
Vol126 No13 June. 2006
有机磷农药的微生物降解 3
李建华1 董锦艳2 宋洪川3
(1. 云南师范大学生命科学学院 , 云南 昆明 650092 ; 2. 云南大学生物资源保护与利用国家重点实验室 , 云南 昆明 650091 ; 3. 云南师范大学省农村能源工程重点实验室 , 云南 昆明 650092)
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 。因而 , 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 ,4 ,11 ] 。
312 微生物降解有机磷农药的生化反应 微生物降解农药的主要生化反应有[9 ,12 ] : (1)
类有机磷农药 。现今 , 用微生物或微生物源酶制 剂降解残留农药越来越受到重视 , 对微生物降解 有机磷农药的研究已成为环保的一大重要课题 。
世界上常用的有机磷农药有一百多种 , 在我 国先后生产过的和正在生产的有机磷农药有 40 多 种 , 目前也是我国大量生产和使用的高毒农药 。 有机磷农药属有机氯农药的取代物 , 具有药效高 , 品种多 , 防治范围广 , 成本低 , 比有机氯农药容 易降解 , 对环境的污染及对生态系统的危害和残 留均未有机氯农药普遍和突出等优点 。但是 , 随 着农业的发展 , 有机磷农药的使用量越来越大 , 大量有机磷农药残存于水和土壤中 , 不仅对地表 和地下水资源造成污染 , 而且导致大量农产品的 农药残留量超标 , 造成食品污染 。通过各种途径 进入有机体的大部分有机磷农药会对生物体内胆 碱酯酶产生抑制作用 , 使其失去分解乙酰胆碱的 能力 , 造成乙酰胆碱积累 , 引起神经功能紊乱 , 从而导致肌体的损害 , 最终威胁到人类的生存与 社会的可持续发展 。因此 , 在日益重视环境保护 的发展趋势下 , 人们越来越关注有机磷农药的降 解 , 如何有效地消除或减少有机磷农药所造成的 污染问题业已成为世界性重点研究范畴 。大量研 究结果表明 , 微生物对环境中污染物质的转化和 降解起着重要作用 , 人们已从受有机磷农药污染 的环境中分离到能够降解有机磷农药的微生物 , 它们主要通过裂解 P2O 键或 P2S 键专一地降解某
农业与技术
2006 年 6 月 ·4 4 ·
解该农药的酶系基因 , 当有机磷农药进入土壤后 , 微生物马上能产生降解有机磷农药的降解酶 ; 另 一种是微生物本身并无可降解该有机磷农药的酶 系 , 当农药进入环境后 , 由于微生物生存的需要 , 微生物在适应环境的过程中基因发生重组或突变 , 产生新的降解酶系 。细菌降解有机磷农药的实质 是酶促反应 , 即农药分子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 , 最终被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[2] 。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[3] ; 有的是诱导酶 系 , 如王永杰等[4]得到的有机磷农药广谱活性降 解菌所产生的降解酶等 。
3 微生物降解有机磷农药的机理
311 微生物降解有机磷农药的方式 进入土壤中的有机磷农药在土壤微生物的作
用下 , 能被彻底分解成 CO2 等简单化合物 , 降解 主要存在两种方式 : 一种是微生物本身含有可降
3 基金项目 : 中国科学院 “西部之光”人才培养计划资助 (2005～2008 年)
Vol126 No13
农业与技术
Vol126 No13
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 ; (4) 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 。
微生物降解农药 , 通常为多个反应协同作用 共同完成对农药的降解 。如好氧条件下卤代芳烃 的生物降解 , 卤素取代基的去除主要通过两个途 径发生 : 降解初期 , 通过还原 、水解或氧化去除 卤素 ; 在生成芳香结构产物后通过自发水解脱卤 或β2消去卤化烃[2] 。
应 , 这是一个快速的过程 。 有机磷农药通常含有 P2S 键和 P2O 键 , 有些
有机磷农药 (如甲胺磷) 还含有 P2N 键 。进入土 壤环境的有机磷农药 , 在土壤中的微生物产生相 应的降解酶的作用下 , 上述键断裂 , 使有机磷农 药发生降解 。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 A tzA , 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 A tzB , 催化羟基 莠去津脱氯氨基反应 , 产生 N2异丙基氰尿酰胺 ; 第三种酶是 A tzC , 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[2 ] 。Mageong 等[6 ]报道大肠杆菌产生的磷酸三 酯酶能打开甲胺磷的 P2S 键 。Bello2Ramirez 等[7]也 证实氯代过氧化物酶可以切断有机磷农药中的 P2 S 键 。阮少江等[8] 推测甲胺磷的微生物降解是由 甲胺脱氢酶打断 P2N 键开始的 。