环境微生物降解二甲戊灵研究进展

３二甲戊灵的微生物代谢途径
不同的微生物对二甲戊灵的利用方式不同，其降解代
万方数据
第６期
于彩虹，等：环境微生物降解二甲戊灵研究进展４０１
生成－Ｊ＇Ｍ４（见图２１。
环境中的降解速率，避免残留积累，实现农药等环境污染 物的有效处理。
０２Ｎ
参考文献：
［１］
ＣＨ３
Ｈ
ＳＴＲＡＮＤＢＥＲＧ Ｐｅｎｄｉｍｅｔｈａｌｉｎ
第５０卷第６期 ２０１１年６月
农药
ＡＧＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＳ
Ｖ０１．５０，Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１１
环境微生物降解二甲戊灵研究进展
于彩虹１，宋英男１，张显涛１，汪未申１，姜辉２，王晓军２，林荣华２
（１．中国矿业大学（ｊＥ京）化学与环境工程学院，北京１０００８３；２．农业部农药检定所，北京１００１２５）
ｋｇ／ｈｍ２，
ｔｒｏｕｔ）和蓝鳃太阳鱼（ｂｌｕｅｇｉｌｌ ｓｕｎｆｉｓｈ）的半致死剂量 ＬＣ；。值分别为０．１４、０．２ ｍｇ／Ｌ。同时，二甲戊灵对人体健康 也有一定的危害，Ｈｏｕ等Ｈ】研究了长期接触二甲戊灵人群 中癌症的发病机率，结果显示其对肝癌和直肠癌的相对危 险度（ＲＲｓ）分别达５．２、９．２。 农药施用在土壤后，与土壤中的微生物会有一个相互 作用的过程。一方面，农药会使一些微生物的生长受到抑 制，甚至杀死某些菌株；另一方面，土壤微生物经过一段时 间的适应，对农药可以进行转化和降解。本文主要就二甲 戊灵对予环境微生物影响及微生物对二甲戊灵的降解研 究进行了初步综述。
球固氮菌（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ曲ｒｏＤｃｏｃｃ啪１对二甲戊灵的降解能
力。佐藤姚子等”∞“１分离出了３株对二甲戊灵有降解能力的 细菌，其中ｌ株为产碱菌）＝－爵（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ ｓｐ．１，２株为芽孢杆菌
属（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．、。Ｖｅｅｎａ等“刁对芽孢杆菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃｉｒｃｕｌａｎｓ）
酶均为诱导酶，加入０．５％一１．０％的外加碳源后获得最高 降解率。Ｂａｒｕａ等”４１研究了黄曲霉（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｆｌａｖｕｓ）、土 曲霉（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｔｅｒｒｅｕｓｌ、腐皮镰孢菌（Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｓｏｌａｎｉ）、 尖镰孢菌限ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ）、橘青霉（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｃｉｔｒｉｎｕｍ）、 简青霉（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｓｉｍｐｌｉｃｉｓｓｉｍｕｍ）对二甲戊灵的降 解，所有菌株均能以二甲戊灵为唯一碳源进行降解，且 降解率均大于６０％，其中橘青霉的降解率最高。宛氏拟 青霉（Ｐａｅｃｉｌｏｍｙｃｅｓ ｖａｒｉｏｔｉ）和甘薯丝核菌（Ｒｈｉｚｏｃｔｏｎｉａ ｂａｔａｔｉｃｏｌａ）对二甲戊灵也有降解一定的降解能力””。
ａｔ
Ｍ Ｓ，ＦＯＲＤＳＭＡＮＤ
Ｊ
Ｊ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ
Ｌｏｗｅｒ Ｔｒｏｐｈｉｃ Ｌｅｖｅｌｓ－Ａ
Ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ】．
Ｅｃｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ
Ｓａｆｅｔｙ，２００４，５７（２）：１９０－２０１．
【２】ＤＡＳ Ｎ，ＲＡＹ Ｓ，ＪＥＮＡ Ｓ Ｎ，ｅｔｒ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｅｒｔａｉｎ Ｈｅｒｂｉｃｉｄｅｓ
ｗａｓ ｔｏｌｅｒａｎｔ
ｔｏ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ ｗａｓ
ｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ Ｂａｃｉｌｌｕｓ
ｐｅｎｄｉｍｅｔｈａｌｉｎ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｂａｃｔｅｒｉｕｍ ａｎｄ ｆｕｎｇｕｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ
ｓｐ．，Ｐｅｎｉｃｉｌｆｉｕｍ ｓｐ．ａｎｄ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｓｐ．，ｃｏｕｌｄ ｄｅｇｒａｄｅ ｔｈｉｓ ｐｅｎｄｉｍｅｔｈａｌｉｎ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｐａｔｈｗａｙｓ
ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ—ｄｅｇｒａｄｉｎｇ
Ｋｏｙ ｗｏ—ｓ：ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ；ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ；ｐｅｎｄｉｍｅｔｈａｌｉｎ；ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｐａｔｈｗａｙ
二甲戊灵（ｐｅｎｄｉｍｅｔｈａｌｉｎ）属于二硝基苯胺除草剂，具 有应用范围广、药效好及不易引发药害等特点，适用于玉 米、水稻、棉花、大豆、花生、向日葵、烟草、豌豆、芹菜等 多种作物和蔬菜，用以防除稗草、狗尾草、牛筋草、早熟 禾、看麦娘、荠菜、猪秧秧、反枝苋、繁缕、马唐、马齿苋等 ２０多种杂草。二硝基苯胺类农药的主要作用方式是通过 阻碍细胞有丝分裂从而抑制根和芽的生长。 作为一种持久性生物积累有毒物质，二甲戊灵在自然 界中难以降解。由于应用范围广、用量大，二甲戊灵存在 环境污染的危险。随着蒸发、淋溶等作用，在很多施用地 区的空气、地表水、地下水中都检测到了二甲戊灵的存在。 有研究报道”１：假设二甲戊灵的喷洒施用量为２．０
力最强。
Ⅲ ＣＨ３ ＣＨ３
Ｎ０２
０２Ｎ
ＣＨ３ ＣＨ３
Ｓ３Ｍ
Ｓ１（Ⅱ）
Ｓ４（Ⅵ）
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批批
２二甲戊灵的微生物降解
芳香烃类化合物一般都比较难被微生物降解，大部分
ＣＨ３
都对微生物有抑制作用，能使菌体蛋白质凝聚、生长受阻或 死亡。作为芳香烃类二硝基苯胺农药，二甲戊灵在碱性和 酸性条件下都很稳定，在３７。ｃ时贮存１２个月不分解，常温 贮存２年以上仍比较稳定。所以能够有效降解二甲戊灵的 微生物并不多。但也有相关方面的研究和实验证明部分 真菌、细菌对二甲戊灵具有降解能力。Ｋｏｌｅ等嘲研究了褐
１二甲戊灵对环境微生物的影响
二甲戊灵对于土壤微生物活性、种群生长有影响。朱 鲁生等”１研究了二甲戊灵对土壤微生物活性的影响，结果 表明１、５、１０ ｍｇ／ｋｇ三个质量分数对土壤微生物的呼气强 度没有影响，对微生物分解土壤纤维素的强度有促进作用， 对脱氢酶的活性有一定的激活，对尿酶的活性表现为先抑 制后激活，且抑制和激活的程度和持续时间与二甲戊灵质
万方数据
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农药ＡＧＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＳ
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量分数成正比。Ｓｉｄｈｕ等陋１统计：二甲戊灵以０．７５ ｋｇ／ｈｍ２施
用７ ｄ后，土壤中真菌、细菌、放线菌的数量都有减少，菌落
谢产物也不同。Ｋｏｌｅ等９１对褐球固氮菌似．ｃｈｒｏｏｃｏｃｃｕｍｌ 降解二甲戊灵的反应过程进行了研究，在培养基中１０ ｄ将
土壤密度为１．５ ｇ／ｃｍ３，药液均匀地分散于１ ｃｍ土层中，其 质量分数可达１３ ｍｇ／ｋｇ，均匀地分散于３ ｃｍ土层中，其质 量分数可达３ ｍｇ／ｋｇ。二甲戊灵对微生物和无脊椎动物也 有一定毒性。Ｄａｓ等”１研究发现：二甲戊灵以１．０ ｋｇ／ｈｍ２的 剂量施用后，土壤中线虫的数量减少了６０％。二甲戊灵 对水蚤的半致死量ＬＣ，。值为７８ Ｉ＿ｔｇ／Ｌ９１，对虹鳟鱼（ｒａｉｎｂｏｗ
摘要：作为持久性生物积累有毒物质，二甲戊灵的广泛应用存在环境污染风险。综述二甲戊灵对环境微生物影 响相关文献，认为微生物对其表现出耐受能力，芽孢杆菌、青霉属、曲霉属等细菌和真菌具有降解二甲戊灵能 力，同时阐述了不同微生物降解二甲戊灵的代谢途径。展望下步研究方向，提出通过筛选适宜菌株，探索菌株 降解机理，推动农药降解菌的应用。 关键词：微生物；生物降解；二甲戊灵；代谢途径
中图分类号：ＴＱ４５０．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６—０４１３（２０１ １）０６．０３９９．０３ ｏｎ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈｓ
Ｐｅｎｄｉｍｅｔｈａｌｉｎ Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ
ＹＵ Ｃａｉ．ｈｏｎ９１，ＳＯＮＧ Ｙｉｎｇ．ｎａｎｌ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎ－ｔａ０１，ＷＡＮＧ Ｗｅｉ－ｓｈｅｎｌ，ＪＩＡＮＧ Ｈｕｉ２，ＷＡＮＧ
收稿日期：２０１０—０５—２７，修返日期：２０１０－０８—１４
基金项目：国家高新技术８６３项，Ｉ｜（２００７ＡＡｌ０２４０４）；中央高校基本科研业务费专项资金项Ｉ目（２００９ＱＨｌ １） 作者简介：于彩虹（１９７３一），女，山东龙口人，副教授，研究方向为环境生物技术。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃａｉｈｏｎｇｙ＠》ｙａｈｏｏ．ｔｏｍ．ｃｎ。
５００
数分别为对照组的４．８０％、７．２０％和５．２７％。Ｓｈａｂａｎａ等¨１研 究了二甲戊灵对原管藻（Ｐｒｏｔｏｓｉｐｈｏｎ ｂｏｔｒｙｏｉｄｅｓ）的影 响，随着二甲戊灵质量分数的升高，细胞数、生长率、叶 绿素水平和干重都降低，而蛋白质和碳水化合物的含
量增加。
ｍｇ／Ｌ的二甲戊灵降解４５％，２０ ｄ后降解５５％。推测可能
２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆＡｇｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ
Ｘｉａｏ－ｊｕｎ２，ＬＩＮ
Ｒｏｎｇ－ｈｕａ２
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＭｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ； ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１２５，Ｃｈｉｎａ） ｐｅｎｄｉｍｅｔｈａｌｉｎ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｗｉｄｅｌｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ
ｏｎ
Ｗｅｅｄｓ ａｎｄ Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｏｔ—ｋｎｏｔ Ｎｅｍａｔｏｄｅ（Ｍｅｌｏｉｄｏｇｙｎｅ
０２Ｎ Ｍ３ Ｈ
【３】
１６
佐藤姚子等还对另外１株编号为Ｐ—ｅ的产碱属
（Ａｌｃａｌｉｇｃｒｉｅｓ ｓｐ．）的降解情况进行了系统的研究，经过
ｄ培养，检测到了新物质的生成，并推测其化学结构
式为：
－－ＣＨ（Ｃ２Ｈ５）２
Ｈ
Ｒａｍａｋｒｉｓｈｎａ等””对二甲戊灵在生物泥浆反应器中的 代谢情况进行了研究，苯环上的２个甲基水解形成了Ｍ１和 Ｍ２，经过氨基氧化生成了Ｍ３，最后由丙基的羟基化作用
的中间代谢产物（见图１），并对代谢产物对植物的毒性做了 研究，按毒性的大小顺序排列：二甲戊灵＞ｓ，＞ｓ，＞Ⅲ一Ｓ：，并 且Ｓ，、Ｓ。和Ⅸ对植物完全没有毒性。
同时，微生物对二甲戊灵也均有一定的耐受能力。 Ｒｏｃａ等”１的研究证明了双孢蘑菇（Ａｇａｒｉｃｕｓ ｂｉｓｐｏｒｕｓ）、杨树 菇（Ａｇｒｏｃｙｂｅ ａｅｇｅｒｉ招１、蜜环菇（Ａｒｒｎｉｌｌａｒｉａ ｍｅｌｌｅａ）、牛舌 菇（Ｆｉｓｔｕｌｉｎａ ｈｅｐａｔｉｃａ）、木蹄层孔菌（Ｆｏｍｅｓ ｆｏｍｅｎｔａｒｉｕｓ）、 树舌灵芝（Ｇａｌｌｏｄｅｒｍａ ａｕｓｔｒａｌｅ）、赤芝ｆＧａｎｏｄｅｒｍａ ｌｕｃｉｄｕｍ）、平菇（Ｐｌｅｕｒｏｔｕｓ ｏｓｔｒｅａｔｕｓ）、多孔菌（Ｐｏｌｙｐｏｒｕｓ ｖａｒｉｕｓ）和裂褶菌（Ｓｃｈｉｚｏｐｈｙｌｌｕｍ ｃｏｍｍｕｎｅ）等多种森林 生态系统重要组成部分的担子菌类生物，发现其对二 甲戊灵都具有一定的耐受能力，其中杨树菇的耐受能
ｏｎ
Ａｂａｌｍｅｌ：Ａｓ
ｒｉｓｋ ｏｆ
ａ
ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ｂｉｏａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｔｏｘｉｃａｎｔ，ｔｈｅ ｈｅｒｂｉｃｉｄｅ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｐｅｎｄｉｍｅｔｈａｌｉｎ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ
ｔｏ
ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ
ｐｅｎｄｉｍｅｔｈａｌｉｎ ｗｅｒｅ ｓｔａｔｅｄ．Ｉｔ ｗａｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ
ｔｏ
ｔｏ
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ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ．
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图１褐球固氮菌降解二甲戊灵的中间产物推测 佐藤姚子等分离了８株对二甲戊灵具有降解能力的 细菌，用ＧＣ和ＧＣ—ＭＳ对ｌ株编号为Ｐ一３的芽孢菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．）的降解情况进行了系统的研究，其降解产物的化学结 构式推测为：
Ｈ
Ｈ’’ＣＨ（Ｃ２Ｈ５）２
Ｈ３
一ＣＨ（Ｃ２Ｈｓ）２
Ｎ０２
降解二甲戊灵的能力进行了研究，该菌能以１０００ ｍｇ／ＬＺ． 甲戊灵为唯一碳源生长。林爱军等“硼研究了土曲霉、长梗 串孢霉属、烟曲霉对二甲戊灵降解的特性，３株菌的降解
Ｎ０２ Ｎ０２ Ｃ２Ｈ５ Ｈ—ＣＨ—ＣＨ２ＣＨ２０Ｈ
Ｈ３
Ｃ２Ｈ５ 一ＣＨ—ＣＨ—ＣＨ３ ＯＨ