微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解

1、微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解農(nóng)藥降解研究領(lǐng)域日趨活躍研究者們相繼對(duì)除草劑、殺蟲劑、殺菌劑等的微生物降解進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。通過近幾十年的研究已經(jīng)確定了微生物在土壤和水環(huán)境的農(nóng)藥降解中起主要作用。研究者分離到一批能降解或轉(zhuǎn)化某種農(nóng)藥的微生物類群逐步弄清了微生物降解農(nóng)藥的主要作用方式及降解機(jī)制以及各類化學(xué)農(nóng)藥的微生物降解途徑。1.降解農(nóng)藥的微生物類別已報(bào)道的降解農(nóng)藥的微生物有細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類等，大多數(shù)來自土壤微生物

2、類群。細(xì)菌由于其生化上的多種適用能力以及容易誘發(fā)突變菌株從而占了主要的位置，其中假單胞菌屬是最活躍的菌株，對(duì)多種農(nóng)藥有分解作用。下圖列舉了主要的降解農(nóng)藥的微生物類別。2.微生物降解農(nóng)藥的途徑與機(jī)理目前，對(duì)于微生物降解農(nóng)藥的研究主要集中于細(xì)菌。細(xì)菌降解農(nóng)藥的本質(zhì)是酶促反應(yīng)，即化合物通過一定的方式進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，然后在各種酶作用下，經(jīng)過一系列的生理生化反應(yīng)，最終將農(nóng)藥完全降解或分解成分子量較小的無毒或毒性較小化合物的過程。如假單胞菌ADP菌株

3、以莠去津?yàn)槲ㄒ惶荚矗?種酶參與了降解莠去津的前幾步反應(yīng)，首先是AtzA酶催化莠去津水解脫氯的反應(yīng)，得到無毒的羥基莠去津，該酶是莠去津生物降解的關(guān)鍵酶；其次是AtzB酶催化羥基莠去津脫氯氨基反應(yīng)，產(chǎn)生N異丙基氰尿酰胺；第3步是AtzC酶催化忖異丙基氰尿酰胺生成氰尿酸和異丙胺；最終莠去津被降解為CO2和NH3。由于降解酶往往比產(chǎn)生該類酶的微生物菌體更能忍受異常環(huán)境條件，酶的降解效率遠(yuǎn)高于微生物本身，所以利用降解酶可以作為凈化農(nóng)藥污染的有效

4、手段。但是，降解酶在土壤中容易受非生物變性、土壤吸附等作用而失活，難以長(zhǎng)時(shí)間保持降解活性，并且酶在土壤中的移動(dòng)性差等因素，限制了降解酶在實(shí)際中的應(yīng)用。試驗(yàn)已經(jīng)證明，編碼合成這些酶系的基因多數(shù)在質(zhì)粒上，如2，4D的生物降解，即由質(zhì)粒攜帶的基因所控制，通過質(zhì)粒上的基因與染色體上的基因的共由于固定化細(xì)胞對(duì)底物和氧氣擴(kuò)散有阻礙，使細(xì)胞酶活性降低，通過基因工程手段制備高效工程菌是解決該問題的關(guān)鍵。閆艷春等克隆抗性庫(kù)蚊酯酶基因并在大腸桿菌中高效表達(dá)

5、，用海藻酸鈉包埋固定化工程菌，并處理有機(jī)氯農(nóng)藥三氯殺蟲酯和菊酯類農(nóng)藥溴氰菊酯，結(jié)果表明，固定化工程菌能高效降解這兩種農(nóng)藥。4.2農(nóng)藥降解酶制劑的研制及應(yīng)用如果用微生物產(chǎn)生的酶來處理農(nóng)藥殘留而不是直接使用微生物菌株，那么對(duì)環(huán)境造成威脅或潛在威脅的風(fēng)險(xiǎn)即可降低。研究表明，一些酶比產(chǎn)生這類酶的微生物菌體更能忍受變異的環(huán)境條件，如對(duì)硫磷水解酶可耐受高達(dá)10％的鹽濃度和50℃的溫度，而產(chǎn)生這種酶的假單胞菌在這種條件下卻不能生長(zhǎng)。固化酶對(duì)環(huán)境條件有

6、較寬的忍受范圍，可用于農(nóng)藥及類似結(jié)構(gòu)的環(huán)境污染物的凈化。用降解酶凈化農(nóng)藥具有良好的效果，能否應(yīng)用取決于穩(wěn)定性及固定化技術(shù)的實(shí)用性，降解酶的獲得可通過生物技術(shù)對(duì)降解農(nóng)藥的基因進(jìn)行克隆、基因的高效表達(dá)來實(shí)現(xiàn)。4.3降解基因的克隆、表達(dá)及基因工程菌的構(gòu)建分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展為農(nóng)藥降解菌從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用提供了可能。人們寄希望通過基因工程技術(shù)將農(nóng)藥降解酶基因或降解質(zhì)粒克隆到合適的宿主菌中并使其高效表達(dá)，構(gòu)建“高效農(nóng)藥降解菌”，為農(nóng)藥的微生物降

7、解開辟一條新途徑。這一領(lǐng)域已成為當(dāng)今環(huán)境生物技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一，也是今后工作的重點(diǎn)。5.存在的問題及展望目前已相繼分離和鑒定了各種降解農(nóng)藥的微生物菌株(包括細(xì)菌、真菌等)，但是利用微生物進(jìn)行生物修復(fù)的實(shí)際應(yīng)用卻往往由于其降解效率較低而受到影響。農(nóng)藥微生物降解的問題主要有以下幾方面：(1)單一菌株的純培養(yǎng)問題；(2)環(huán)境條件對(duì)微生物降解農(nóng)藥的影響；(3)受農(nóng)藥污染的環(huán)境及食品不能進(jìn)行有效的處理；(4)微生物與被降解物接觸的難易程度；(5)