有机磷农药微生物降解技术的进展

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摘 要：有机磷农药是目前使用最为广泛的一类农药,由于其用量大且使用后会造成二次污染,使其降解问题成为研究热点.本文选择微生物降解有机磷农药作为切入点,从农药残留、有机磷农药毒理特性、有机磷农药降解技术的研究进展等几个方面进行论述,阐明有机磷农药微生物降解技术的研究进展.

关 键 词：有机磷农药；微生物；降解技术；研究进展

中图分类号：S481+.8文献标识码：A文章编号：1674-0432（2013）-16-02-1

1有机磷农药降解技术的研究背景

1.1农药残留

农药是指用于控制农业、林业、牧业病虫草害,同时能够调控作物生长的药物[1].根据用途可分为杀虫剂、杀螨剂、杀菌剂、植物生长调节剂等.根据化学结构和有效成分又可分为有机磷类、有机氯类、有机氮类等几个系列.农药残留是指农药经过一段时间使用后,并没有被完全分解,从而使其中一部分直接或间接地残留于生物体、水源、土壤和大气中.农药的实际利用率很低,因为能够真正用于杀虫、杀菌的农药只占所用农药的10%～20%,而约40%～60%的农药则直接落于土壤中,剩余部分则以微粒形式融于空气中.因此,农药残留已成为严重危害人类健康的主要因素之一.

1.2有机磷农药

因有机氯农药难以被生物体所降解,并且其在动植物体内降解速度慢,致使有机氯农药在全球范围内受到限制.而有机磷农药容易被生物降解,对环境的污染及对生态系统的危害和残留相对较低,且具有品种多、药效高、应用范围广、成本低等优点.因此,有机磷农药在我国是用量最多、范围最广的农药,使用量占农药总量的80%～90%.正是因为有机磷农药在我国大量、频繁、反复的使用,导致其过量残留.目前,有机磷农药对食品的污染程度比DDT还要严重,因而成为我国食物安全领域亟待解决的问题.

我国目前使用的有机磷农药有30余种.由于其在环境中残留时间短、极易降解、对其他污染的贡献小等特点,一直被认为是污染性最小的农药.大量有机磷农药的毒性研究发现[2],其中毒机理可能是因为有机磷与生物体内的胆碱酯酶相结合,从而抑制胆碱酯酶活性,使其对乙酰胆碱的分解能力丧失,导致生物体代谢紊乱,神经传导功能障碍,冲动不能停止,生物体出现中毒症状,甚至死亡.因此,安全高效降解有机磷农药已引起人们的广泛关注.

1.3有机磷农药降解技术的研究进展

降解有机磷农药的方法主要包括化学降解和生物降解等[3].虽然化学方法降解有机磷农药效果明显,但其成本高且容易造成二次污染,因此不能推广应用.有机磷农药可以被动物、植物和微生物所降解,但动物和植物代谢周期长,而微生物降解法以其作用温和,降解产物对环境污染小等优点成为降解有机磷的主要方法.

2降解有机磷农药的微生物

2.1降解有机磷农药微生物菌株的获取途径

降解有机磷农药的菌群主要包括细菌和真菌.目前,获取降解有机磷农药菌株的途径主要有3种.（1）直接从污染源中得到能降解有机磷农药的菌群.如通过室内培养,王华等从长年施用乐果的土壤中筛选出以乐果作为唯一碳源的菌株.（2）定向培育优良菌种.通过直接向土壤中喷洒有机磷农药而筛选出降解有机磷的菌株.Walker等向土壤中添加萘丙酸草胺从而诱发并产生该农药降解菌.（3）选择不同诱变方法及诱变剂获得新的降解菌.刘玉焕等利用亚硝基胍（NTG）对曲霉属甲胺磷降解菌进行诱变,从而得到对甲胺磷降解率明显提高的诱变菌株.

2.2微生物降解有机磷农药的机理

微生物降解有机磷农药主要分成两种类型,一种是微生物将有机磷农药作为底物进行降解,其实质是发生酶促反应.微生物降解有机磷农药的酶促生化反应类型主要有氧化、还原、水解、合成等反应.某些微生物本身并无降解有机磷农药的能力,但在农药的诱导胁迫下,自身基因发生重组或改变,诱导产生新的有机磷降解酶系.

另一种类型是微生物代谢改变了微环境而间接促进农药降解,其实质是非酶促反应.常见的作用主要有以下三种方式.矿化作用：微生物将有机磷化合物为生长基质,最终将其完全代谢分解为NH3、CO2和H2O等无机物的过程.虽然矿化作用的“一举两得”是理想的清除农药残毒的方法,但此类微生物种类稀少,还不能被广泛应用.共代谢作用：微生物在分解其可利用的碳源时,也在一定程度上对不能利用的有机磷化合物进行分解代谢.种间协同代谢：多种微生物在同一环境中协同代谢某类有机磷化合物.

3存在的问题及展望

目前,多数所获得的农药降解微生物是从土壤等受污染的环境介质中用纯培养方式在实验室获得的,不能在自然界中长期有效地生存；有机磷化合物自身的组成很不稳定,不利于被降解菌代谢,甚至会抑制其生长.因此,为了大力发展微生物降解有机磷农药技术,应该全面发展微生物筛选技术,建立高效降解有机磷农药的微生物基因库；充分利用基因工程,筛选出高效的降解酶基因；从遗传学角度上对降解有机磷农药的微生物菌群及降解酶进行更深入的研究,从基因水平上阐明降解酶基因的表达调控机理,构建出更高效的工程菌；对降解有机磷的微生物的降解原理以及其代谢途径,代谢产物的类型等进行深入研究.