农药残留及微生物在农药降解中的应用与展望

收稿日期：2003-12-11

文章编号：1005-6114（2004）01-0031-05

农药残留及微生物在农药

降解中的应用与展望

张韩杰，闫艳春

（山东农业大学生命科学学院，271018）

摘

要：农药在人类防治农作物病虫害、草害等诸方面起到了巨大的贡献，但是因之而来的农药残留问题则对

环境和人类健康带来了严重的危害。为解决这一问题，人们进行了大量的研究，其中微生物的降解作用已引起人们的广泛关注。综述了农药残留及微生物在其中的应用及发展情况。

关键词：农药；残留；降解；微生物中图分类号：$481.1+8

文献标识码：B

农药是人们主动投放于环境中数量大、毒性广

的一类化学物质。［12］在过去几十年中，有机氯、有机

磷等农药的开发与应用曾为人类在农、林业防治病虫害，提高农作物产量中起到了不可磨灭的作用。但对那些性质比较稳定、难于分解消失有毒农药的长期、大量使用，已造成严重的全球性环境污染和生态破坏。近年来，由于人们对环境和生态平衡的日益重视，相继提出了“软农药”（so ft p estici des ）

和“抑菌剂”（f un g istatic ）

等概念［9］，生物农药也引起了人们的广泛兴趣，但就目前的科技水平来看，化学农药在很长的一段时间内还是不可替代的，因此解决环境中存在的农药残留问题已经成为世界各国的研究热点。微生物在其中的作用已引起广泛关注，我国科研工作者针对这一问题进行了大量探索。随着生物技术的迅猛发展，应用微生物进行生物修复已成为环境修复的一个重要内容，本文拟对我国农药残留情况以及微生物在农药降解中的应用作一综述。1农药残留及其危害1.1

农药残留

农药作为目前农业增产的主要依靠，在农业中具有广泛的应用。目前我国农药的施用方法仍以药

液喷洒和粉剂喷洒为主。研究表明［6］：施用农药

后，仅有1%!2%的药作用于防治对象本体，有

10%!20%附着在作物本体上，其他80!90%的农

药主要散落在农作物的周边环境，如农田、土壤或漂浮于大气，与尘埃吸附形成气溶胶。试用后的农药经过一段时间的降解、代谢等作用后，其含量会降低到一定的水平，通常，我们把残存在环境中和生物体内的微量农药称作残留农药，它包括农药原体残留量及其具有比原体毒性更高或相当毒性的降解物的残留量。农药残留不仅造成环境污染、妨碍生物生长，而且直接或间接地危害人体健康，这已引起世界各国的广泛关注。

自泰勒等人发现DDT 的高效杀虫能力以来，不同种类的农药相继得到了开发和应用。仅杀虫剂类目前就有4类：有机氯类、有机磷类、拟除虫菊酯类和氨基甲酸酯类。有机氯类农药是高残留、生物富集性很强的一类农药，目前已被禁止生产，但由于已被广泛大量地使用了多年，因此在环境仍有残留，对环境和人的威胁还很大。有机磷类、拟除虫菊酯类和氨基甲酸酯类农药尽管残留期较短，但仍有一定时间的残留期，加之被广泛使用，仍对土壤、大气和水源等造成了不同程度的污染。我国科研工作者对于农药的残留情况进行了大量的研究。谢恩平

等［18］对氨基甲酸酯类农药（克百威、丙硫克百威和

丁硫克百威）在环境中的残留进行了检测，并探讨了

残留性的影响因素；张莹、杨大进等

［24］对我国食品中有机氯农药的残留水平进行了细致的分析；覃泰

群等［10］对拟除虫菊酯类农药进行了残留分析；杨大

进等［20］对蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯农药的残留进行了测定。另外，除草剂、杀菌剂等的大量生产与使用亦使环境得到了不同程度的污染、恶化。表1列举了几种杀虫剂的残留期。

1.2残留危害

戈峰［4］把农药杀虫剂的危害大致归结为4个方面：

（1）有益生物被杀伤，控制作用减弱。（2）害虫抗药性增加，防治成本提高，对环境污染加重。（3）农副产品中农药残留量增加，危害人体健康。（4）污染土壤、大气和水源，严重破坏了我们的生存环境。

表1几种杀虫剂的残留期

杀虫剂名称残留期

氯丹（有机氯农药）2!4

DDT（有机氯农药）3!10

狄氏剂（有机氯类）3

~C~（有机氯类）!11

对硫磷（有机磷类）3周

马拉硫磷（有机磷类）1周

实际上，由于农药的致癌、致畸、致突变的“三致”作用，残留农药对人和动物尤其是食物链的顶端人的危害最大。R.E.w ille m sen，A.~aile y等研究了杀虫剂释放对海龟数量的影响表明，海龟对于杀虫剂非常敏感；另据王毓秀等［15］的研究，在目前认为可能干扰内分泌的70种化学物质中，农药占据了40多种。它们可降低生物的免疫能力并诱发肿瘤，损害神经系统等；潘小琴等做的14种常见农药对孕妇影响的调查表明，我们目前使用的多种农药对人类胚胎及胎儿的发育具有一定的副作用，而多种农药的同时使用可能发生交互作用，对胎儿发育产生不良联合效应［8］；另外由于水果、蔬菜等农药残留超标的普遍存在，农药中毒事件时有发生，严重影响人体健康。农药残留的危害已引起人们的普遍关注。寻找有效的农药降解方式，解决农药残留问题是科学家需要面对、亟待解决的重要课题。

2农药降解的影响因素［1，14，16］

农药在环境中主要有吸附和降解两种去向，其中农药的降解又可分为生物降解和非生物降解两种方式。在光、热及化学因子作用下发生的降解现象为非生物降解；而在动植物体内或微生物体内外的

降解作用属生物降解。生物降解主要是微生物降解在农药降解中占据了主导地位。

（1）环境因子：农药进入环境后，会受到一些环境因子的作用，如：温度、湿度、p~值、含水量、有机质含量、粘度及气候等。一般来说在高温湿润、有机质含量丰富、p~偏碱性的情况下，农药易于被降解，残留低。T hom as B和Jennif er K等对土壤中莠去净、乐果、氟乐灵的降解情况进行了研究，发现当土壤中加入堆肥、茎秆、木屑等以提高有机质含量时，土壤中农药的降解效率明显提高。

（2）农药本身的因素：农药的分子结构、农药的使用浓度及农药的用药历史等也影响农药的降解性能。农药因其在分子结构及理化性质方面不同，对生物降解的敏感性差别很大。如：2，4-D与2，4，5 -T，由于在第5位C原子上增加了1个氯原子，就会使降解所需的时间从14d增至200d，2，4，5-T 相当难被微生物降解。

（3）微生物的影响：由于农药降解的主要方式是在微生物的作用下进行，因此微生物对于农药的降解具有重大的影响。微生物的种类多样、数量繁多，有利于农药的降解。王倩如等从活性污泥中分离出一株蜡样芽孢杆菌和一株嗜中温假单胞菌，混合菌比单一菌降解率高，对甲胺磷的去除率可达95.5%!97.4%。

3微生物在农药降解中的应用

微生物是农药转化的重要因素之一，生物修复也已被广泛地应用于微生物降解环境中的有毒成分，并日益引起人们的重视。迄今为止，各国研究人员已从土壤、污泥、污水、天然水体、垃圾场和厩肥中分离到降解不同农药的活性微生物。早在80年代，M ichi g an州立大学的Ja m es T ied j e实验室，就首次从污染的河泥中分离出了具有脱氯功能的厌氧微生物。研究表明：活性微生物主要以转化和矿化两种方式，通过胞内或胞外酶直接作用于周围环境中的农药。近年来，随着分子生物技术研究的深入发展，微生物的降解作用亦得到了长足的发展。

3.1农药降解微生物的分离、筛选

农药降解微生物的分离、筛选是根据微生物对环境因子的耐受范围具有可塑性，对营养物可利用性比较广泛的特性，在选择性培养基中加入某些特殊碳源为营养物质，使样品中少数能分解利用此类