有机磷农药的微生物降解研究进展

有机磷农药的微生物降解研究进展

摘要：有机磷农药的广泛和大量使用给环境带来了越来越多的危害，作为有机

磷农药的主要降解方式之一，微生物降解发挥着重要的作用。从有机磷农药降解微生物的种类、降解机理和途径、影响微生物降解有机磷农药的因子、微生物降解有机磷农药的途径,并探讨有机磷农药微生物降解的发展趋势和研究展望。

关键词：微生物降解有机磷农药研究展望

前言：农药是确定农业稳定,丰产或者不缺产的重要生产资料。但农药一方面

残留在农产品中,对人体有害?另一方面,在环境中不断积累,带来了日益严重的环境与生态问题。农药的负面效应很多,但总体来说仍是功大于过,而且在未来农业可持续发展战略中,农药将继续挥作用。因此现在摆在我们面前的问题是如何尽可能降低农药的负面效应【1】。有机磷农药的降解主要有生物降解、光化学降解、化学降解等方式,其中生物降解的作用占重要地位。生物降解特别是微生物降解被认为是一种有效的措施,利用微生物或微生物产品来降解污染物的生物修复方法具有无毒、无残留、无二次污染等优点,是消除和解毒高浓度的农药残留的一种安全、有效、廉价的方法。自20世纪60年代有机氯农药在世界范围内受到限制，随之是有机磷农药的发展，到目前有机磷农药已成为应用广泛、品种最多的农药。有机磷农药容易降解，对环境的污染及对生态系统的危害和残留没有有机氯农药那么普遍和突出，且具有药效高、品种多、防治范围广、成本低、选择作高、药害小、在环境中降解快、残毒低等优点。它的降解一直是国内外学者研究的热门方向。

1、有机磷农药的生产和使用现状

随着科技的发展和进步，对农药的需求在一定程度上有所减少，但有机磷等农药在农业上的生产与应用仍占据重要地位。目前,包括杀虫剂、除草剂、杀菌剂在内，世界上的有机磷农药已达150 多种，中国使用的有机磷农药有30 余种。按照毒性大小常分为 3 大类：1.剧毒类，如甲拌磷、内吸对硫磷、保棉丰、氧化乐果等；2.高毒类，如甲基对硫磷、二甲硫吸磷、敌敌畏、亚胺磷等；3.低毒类，如敌百虫、乐果、氯硫磷、乙基稻丰散等。一些有机磷杀虫剂如甲胺磷、对硫磷、久效磷等剧毒杀虫剂在国际上已是禁用产品或限制的品种【2】。

2、有机磷降解微生物的种类

目前，人们已分离出多种能降解有机磷农药的微生物菌群，其中包括细菌、放线菌、真菌和一些藻类。由于细菌具有生化多适应性及易诱发突变菌株等优势，故其在微生物降解中占有重要地位【3】。至今，已分离到的细菌主要有：假单胞菌属（Pseu－domonas）、芽孢杆菌属（Baccillus）、黄杆菌属（Flavobacterium）、不动杆菌属（Acinetobacter）、节杆菌属（Arthrobacter sp.）、沙雷氏菌属（Serratia sp.）等。金彬明等从被有机磷污染的海水样中分离筛选出一株蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）菌株，在28℃下对甲胺磷（5 mg/L）的降解率达48.9％。解秀平等从污水曝气池中分离得到一株能以甲基对硫磷及其降解中间产物对硝基苯酚为唯一碳源的节杆菌属（Arthrobacter sp.）菌株，在 5 h 内对50 mg/L 的

甲基对硫磷和对硝基苯酚的降解率分别为85％和98％。真菌因其高效的降解能力正逐渐引起人们的重视，主要有：曲霉属（Aspergillus）、木霉属（Trichoder －ma）、青霉（Penicillium）、酵母菌等。颜世雷等[10]通过长期摇床驯化培养从污染土壤中筛选出两株可在高浓度氧化乐果环境下生长的曲霉菌株，在28℃时对氧化乐果的降解率分别为70.38％和61.28％。此外，某些藻类对有机磷农药也有一定的降解作用，如小球绿藻属（Chorolla）能降解对硫磷、甲拌磷等。

3、有机磷农药微生物降解的机理

微生物降解有机磷农药常见的作用方式有3种:矿化作用:指微生物将有机磷农药作为生长基质利用，完全将有机磷农药分解成为PO43 －、NH3、CO2和H2O等无机物的过程。尽管矿化作用是清除农药残毒的理想方式，但研究表明自然界中此类微生物的种类和数量还很少。(2)共代谢作用:指微生物在有其可利用的生长基质存在时，对其原来不能利用的有机磷农药也可分解代谢的现象。共代谢反应中产生的既能代谢转化生长基质又能代谢转化有机磷农药的非专一性酶，是微生物共代谢反应的关键。(3)种间协同代谢:指同一环境中的几种微生物联合代谢某种有机磷农药。

微生物降解的整个过程可以分为三个步骤:首先是有机磷在微生物细胞膜表面的吸附，这是一个动态平衡;其次是吸附在细胞膜表面的有机磷农药进入细胞膜内;最后是有机磷进入微生物细胞膜内与降解酶结合发生酶促反应，这是一个快速的过程，一般认为该过程不会成为限速步骤。

微生物降解有机磷农药的酶促生化反应类型主要有:(1)氧化反应，包括醇、醛氧化成酸;甲基氧化成羧基;氨氧化成亚硝酸、硝酸基;硫、铁的氧化;脂、酯类的β-氧化;氧化去烷基化;硫醚氧化;过氧化;苯环羟基化、苯环裂解、杂环裂解、环氧化等。(2)还原作用，包括乙烯基还原;醌类还原;双键、三键还原。(3)基团转移，包括脱羧作用;脱氨基作用;脱卤作用;脱烃作用;脱氢卤作用;脱水作用。(4)水解作用，包括酯类水解;胺类水解;磷酸酯水解;腈水解;卤代烃水解去卤。(5)酯化作用、缩合反应、氨化反应、乙酰化反应等。

4、影响微生物降解有机磷农药能力的因素。

微生物自身的降解功能特性是最重要的因素。不同的微生物具有不同的代谢活性和适应性，且同一种类的不同菌株对同一有机底物的反应也不同。有机磷农药降解涉及的理化因素包括pH、温度与水体的类型及特性、氧化还原电位。不同的微生物类群生长对pH的要求不一样，所以环境中pH对微生物降解有机磷农药影响很大。有机磷农药降解过程中的主要因素是生物化学，包括底物类型与化学结构、底物浓度、微生物类型及活性几个方面。

5、降解有机磷农药的微生物分离与富集

目前,可降解有机磷农药微生物的获得途径主要有从受污染的土壤、农药厂污水处理曝汽中的污泥等受污染的环境介质中富集、驯化、筛选分离高效降解菌,这是目前采用最多的一种方法。定向培育优良菌种近年来也备受关注,其方法是在土壤中通过人为多次施药,培育可降解该农药的微生物,当再次施药时,经降解速率的测定,如发现农药在该土壤中的降解速度快于未施药土壤,则可确定降解该农药的微生物种群已培育起来,而后可从中分离出高效降解菌株【4】。

农药降解菌的富集培养方法主要有瓶培养即液体富集培养法、土壤环流法、