土壤農藥污染的微生物修復研究進展

黃紅艷，劉九成

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇蘇州 215163）

1 引言

土壤中的農藥對農作物、及地下水會產生不良影響，并通過食物鏈富集到人體和動物中，危及人類健康。微生物修復是指利用微生物的生命代謝活動減少土壤環境中有毒有害物的濃度或使其完全無害化，從而使污染了的土壤環境能夠部分地或完全地恢復到原初狀態的過程。相比于傳統的物理、化學修復方法，微生物修復的終產物大都是無害的、穩定的物質，且處理時間短、避免了污染物轉移，因此利用微生物對農藥污染的土壤進行生物修復已經成為土壤修復領域的研究熱點之一。

2 用于生物修復的微生物類群

根據來源不同可以把起作用的微生物分為3類：土著微生物，外來微生物和基因工程菌[1]。實際的生物修復中應用的大多是土著微生物，相對于外來微生物和基因工程菌來說，土著微生物更好地適應環境，數量多，降解力強。當土壤中的土著微生物不能滿足需求時，就需要在污染的土壤中接種高效、改良的外來微生物組來提高對農藥的降解效果。隨著生物工程技術的飛速發展，構建更高效的修復污染土壤的基因工程菌也引起了人們極大的興趣，科學家正嘗試著利用基因工程把不同的降解基因移植到同一菌株中，創造出了具有多種降解功能的超級微生物[2]。

3 微生物對土壤農藥污染的修復機理

微生物對農藥降解較為復雜，包含多種不同類型的生物化學反應，其作用方式可分為酶促反應與非酶促反應。酶促反應主要包括水解、脫鹵、氧化、硝基還原、甲基化與去甲基化；非酶促反應通過微生物的活動改變物理和化學環境如pH，或產生某些輔助因子間接作用于農藥，促進農藥的轉化，主要有礦化、共代謝、生物濃縮等。農藥的微生物降解復雜多樣、很多屬于共代謝類型，所謂共代謝是指有些難以降解的化合物不能被完全礦化利用，降解菌必須從其他底物獲得大部分碳源和能源。

4 微生物修復土壤農藥污染的研究進展

常見的能夠降解農藥的微生物主要有芽胞桿菌、假單胞菌、產堿桿菌、無色桿菌、大腸桿菌、棒狀桿菌、黃桿菌、諾卡氏菌、霉菌等，實際應用中常采用施用混合菌株、施用降解菌酶提取物以及構建工程菌3種方法進行農藥降解[3]。采用以有機氯農藥作為唯一碳源的Tonomura培養基從受六六六和DDT污染的土壤中分離篩選得到能降解六六六和DDT的混合菌株并應用于盆栽試驗和田間試驗，發現有效的降解效應。南京農業大學已成功分離到高效農藥殘留降解菌株達500多株，建立起國內最大菌種庫，進行了累計幾千次田間小試驗和數十次中試規模試驗，并將技術產品應用于水稻、韭菜、小青菜、蘆笙、冬棗等農產品和各種性質的農田土壤的農藥污染原位修復，其農藥降解率在80%以上，修復效果顯著。

近年植物-微生物聯合修復取代單一的微生物修復或植物修復，成為農藥污染土壤修復領域的研究熱點。植物根系為微生物提供生長發育所需的營養來源，促進根際微生物的生長代謝，，從而提高微生物降解農藥殘留物的活性；此外，微生物與植物形成菌根，促進植物生長，提高植物耐受性，提高修復效率。利用現代生物技術構建的高效基因工程菌可以顯著提高污染效果修復，為解決生物修復周期長等問題提供了嶄新的途徑。Wilfred Chen構建的帶有有機磷水解酶基因的工程大腸桿菌能夠快速降解有機磷農藥。沈標等采用三親接合法成功地將帶有l u x A B基因的Pt r102質粒轉入甲基1605降解菌DLL-1中，獲得的接合子熒光非常強，而且標記質粒非常穩定。此外除草劑2,4-D降解質粒、阿拉特津降解酶基因等已成功地克隆表達。但由于諸多因素的限制，目前絕大部分工作尚處在實驗室批實驗和模擬實驗階段，達到現場應用程度的成熟方法很少。

5 前景展望

隨著基因工程和分子生物學的發展，基因工程菌的構建為土壤污染修復提供了更加廣闊的空間，科研工作者開始嘗試采用基因重組技術構建高效工程菌，將表達高效降解農藥的酶的基因或重金屬抗性基因構建到載體中，經轉化獲得高效降解工程菌，從而提高降解效率。尋找極端環境下生存的微生物亦引起了人們廣泛的關注，開發極端環境的微生物資源用于污染土壤的修復也有著廣闊的前景。從發展趨勢來，今后的研究重點將會朝著微生物修復技術的深入開發、修復機理的深化、聯合修復以及基因工程菌的開發方面發展。隨著人們對微生物修復機理更為深入而透徹的了解和生物工程技術的發展，有關微生物修復方面的研究必將會取得更大的進展，微生物在修復土壤污染方面潛力將會得到更充分的體現。

[1]張從,夏立江.污染土壤生物修復技術.北京:中國環境科學出版社,2000，51~55

[2]Lobos J H,Leib T K,Su T M.Biodegradation of biphenols a and other bisphenols by gram-negative aerobic bacterium.Applied&Environental Microbiology,1992,58(6):1823~1831

[3]江春玉,盛下放,何琳燕,等.一株鉛鎘抗性菌株WS34的生物學特性及其對植物修復鉛鎘污染土壤的強化作用．環境科學學報，2008,28(10):1961~1968