有機(jī)磷農(nóng)藥微生物降解技術(shù)的研究進(jìn)展

摘要：有機(jī)磷農(nóng)藥是目前使用最為廣泛的一類農(nóng)藥，由于其用量大且使用后會(huì)造成二次污染，使其降解問題成為研究熱點(diǎn)。本文選擇微生物降解有機(jī)磷農(nóng)藥作為切入點(diǎn)，從農(nóng)藥殘留、有機(jī)磷農(nóng)藥毒理特性、有機(jī)磷農(nóng)藥降解技術(shù)的研究進(jìn)展等幾個(gè)方面進(jìn)行論述，闡明有機(jī)磷農(nóng)藥微生物降解技術(shù)的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：有機(jī)磷農(nóng)藥；微生物；降解技術(shù)；研究進(jìn)展

中圖分類號： S481+.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號： 1674-0432（2013）-16-02-1

1 有機(jī)磷農(nóng)藥降解技術(shù)的研究背景

1.1 農(nóng)藥殘留

農(nóng)藥是指用于控制農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)病蟲草害，同時(shí)能夠調(diào)控作物生長的藥物[1]。根據(jù)用途可分為殺蟲劑、殺螨劑、殺菌劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)和有效成分又可分為有機(jī)磷類、有機(jī)氯類、有機(jī)氮類等幾個(gè)系列。農(nóng)藥殘留是指農(nóng)藥經(jīng)過一段時(shí)間使用后，并沒有被完全分解，從而使其中一部分直接或間接地殘留于生物體、水源、土壤和大氣中。農(nóng)藥的實(shí)際利用率很低，因?yàn)槟軌蛘嬲糜跉⑾x、殺菌的農(nóng)藥只占所用農(nóng)藥的10%～20%，而約40%～60%的農(nóng)藥則直接落于土壤中，剩余部分則以微粒形式融于空氣中。因此，農(nóng)藥殘留已成為嚴(yán)重危害人類健康的主要因素之一。

1.2 有機(jī)磷農(nóng)藥

因有機(jī)氯農(nóng)藥難以被生物體所降解，并且其在動(dòng)植物體內(nèi)降解速度慢，致使有機(jī)氯農(nóng)藥在全球范圍內(nèi)受到限制。而有機(jī)磷農(nóng)藥容易被生物降解，對環(huán)境的污染及對生態(tài)系統(tǒng)的危害和殘留相對較低，且具有品種多、藥效高、應(yīng)用范圍廣、成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，有機(jī)磷農(nóng)藥在我國是用量最多、范圍最廣的農(nóng)藥，使用量占農(nóng)藥總量的80%～90%。正是因?yàn)橛袡C(jī)磷農(nóng)藥在我國大量、頻繁、反復(fù)的使用，導(dǎo)致其過量殘留。目前，有機(jī)磷農(nóng)藥對食品的污染程度比DDT還要嚴(yán)重，因而成為我國食物安全領(lǐng)域亟待解決的問題。

我國目前使用的有機(jī)磷農(nóng)藥有30余種。由于其在環(huán)境中殘留時(shí)間短、極易降解、對其他污染的貢獻(xiàn)小等特點(diǎn)，一直被認(rèn)為是污染性最小的農(nóng)藥。大量有機(jī)磷農(nóng)藥的毒性研究發(fā)現(xiàn)[2]，其中毒機(jī)理可能是因?yàn)橛袡C(jī)磷與生物體內(nèi)的膽堿酯酶相結(jié)合，從而抑制膽堿酯酶活性，使其對乙酰膽堿的分解能力喪失，導(dǎo)致生物體代謝紊亂，神經(jīng)傳導(dǎo)功能障礙，沖動(dòng)不能停止，生物體出現(xiàn)中毒癥狀，甚至死亡。因此，安全高效降解有機(jī)磷農(nóng)藥已引起人們的廣泛關(guān)注。

1.3 有機(jī)磷農(nóng)藥降解技術(shù)的研究進(jìn)展

降解有機(jī)磷農(nóng)藥的方法主要包括化學(xué)降解和生物降解等[3]。雖然化學(xué)方法降解有機(jī)磷農(nóng)藥效果明顯，但其成本高且容易造成二次污染，因此不能推廣應(yīng)用。有機(jī)磷農(nóng)藥可以被動(dòng)物、植物和微生物所降解，但動(dòng)物和植物代謝周期長，而微生物降解法以其作用溫和，降解產(chǎn)物對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)成為降解有機(jī)磷的主要方法。

2 降解有機(jī)磷農(nóng)藥的微生物

2.1 降解有機(jī)磷農(nóng)藥微生物菌株的獲取途徑

降解有機(jī)磷農(nóng)藥的菌群主要包括細(xì)菌和真菌。目前，獲取降解有機(jī)磷農(nóng)藥菌株的途徑主要有3種。（1）直接從污染源中得到能降解有機(jī)磷農(nóng)藥的菌群。如通過室內(nèi)培養(yǎng)，王華等從長年施用樂果的土壤中篩選出以樂果作為唯一碳源的菌株。（2）定向培育優(yōu)良菌種。通過直接向土壤中噴灑有機(jī)磷農(nóng)藥而篩選出降解有機(jī)磷的菌株。Walker等向土壤中添加萘丙酸草胺從而誘發(fā)并產(chǎn)生該農(nóng)藥降解菌。（3）選擇不同誘變方法及誘變劑獲得新的降解菌。劉玉煥等利用亞硝基胍（NTG） 對曲霉屬甲胺磷降解菌進(jìn)行誘變，從而得到對甲胺磷降解率明顯提高的誘變菌株。

2.2 微生物降解有機(jī)磷農(nóng)藥的機(jī)理

微生物降解有機(jī)磷農(nóng)藥主要分成兩種類型，一種是微生物將有機(jī)磷農(nóng)藥作為底物進(jìn)行降解，其實(shí)質(zhì)是發(fā)生酶促反應(yīng)。 微生物降解有機(jī)磷農(nóng)藥的酶促生化反應(yīng)類型主要有氧化、還原、水解、合成等反應(yīng)。某些微生物本身并無降解有機(jī)磷農(nóng)藥的能力，但在農(nóng)藥的誘導(dǎo)脅迫下，自身基因發(fā)生重組或改變，誘導(dǎo)產(chǎn)生新的有機(jī)磷降解酶系。

另一種類型是微生物代謝改變了微環(huán)境而間接促進(jìn)農(nóng)藥降解，其實(shí)質(zhì)是非酶促反應(yīng)。常見的作用主要有以下三種方式。礦化作用：微生物將有機(jī)磷化合物為生長基質(zhì)，最終將其完全代謝分解為NH3、CO2和H2O等無機(jī)物的過程。雖然礦化作用的“一舉兩得”是理想的清除農(nóng)藥殘毒的方法，但此類微生物種類稀少，還不能被廣泛應(yīng)用。共代謝作用：微生物在分解其可利用的碳源時(shí)，也在一定程度上對不能利用的有機(jī)磷化合物進(jìn)行分解代謝。種間協(xié)同代謝：多種微生物在同一環(huán)境中協(xié)同代謝某類有機(jī)磷化合物。

3 存在的問題及展望

目前，多數(shù)所獲得的農(nóng)藥降解微生物是從土壤等受污染的環(huán)境介質(zhì)中用純培養(yǎng)方式在實(shí)驗(yàn)室獲得的，不能在自然界中長期有效地生存； 有機(jī)磷化合物自身的組成很不穩(wěn)定，不利于被降解菌代謝，甚至?xí)种破渖L。因此，為了大力發(fā)展微生物降解有機(jī)磷農(nóng)藥技術(shù)，應(yīng)該全面發(fā)展微生物篩選技術(shù)，建立高效降解有機(jī)磷農(nóng)藥的微生物基因庫；充分利用基因工程，篩選出高效的降解酶基因；從遺傳學(xué)角度上對降解有機(jī)磷農(nóng)藥的微生物菌群及降解酶進(jìn)行更深入的研究，從基因水平上闡明降解酶基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)理，構(gòu)建出更高效的工程菌；對降解有機(jī)磷的微生物的降解原理以及其代謝途徑，代謝產(chǎn)物的類型等進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1]吳文君，劉惠霞.對農(nóng)藥的幾點(diǎn)看法[J].農(nóng)藥，1998，37（9）：1-5.

[2]郭增平.有機(jī)磷毒物中毒的機(jī)制[J].生物學(xué)教學(xué)，2007，32（4）：68-69.

[3]吳紅萍，鄭服從.微生物降解有機(jī)磷農(nóng)藥研究進(jìn)展[J].廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，38（6）：637-642.

作者簡介：詹冬玲，女，博士，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院講師。