有机磷农药的残留危害及其微生物降解

环境与健康期末论文

教师：蔡兰坤

学院：资源与环境学院学号：B2014009

班级：环境122

姓名：严义昌

有机磷农药的残留危害及其微生物降解

严义昌资环学院环境122学号：B2014009

（华东理工大学资源与环境学院，上海201424）

摘要：有机磷农药因为自身的优良特性开始逐步取代对环境危害更大的有机氯农药，它的大量使用在提高了作物产量的同时也对动物和人体产生了许多负面效应，造成了全球性的环境污染和生态破坏.而有机磷农药残留问题已经直接威胁到人类的生存和可持续发展.微生物因为众多的种类和新城代谢的多样性在有机磷农药降解中表现出独特的优势.对降解有机磷农药的微生物种类，有机磷降解菌的获得和鉴定，有机磷的降解机理，有机磷农药降解菌的广谱性和目前存在的问题以及未来的研究方向做出论述.

关键词：有机磷农药；微生物降解；降解机理；降解菌广谱性

20世纪60年代以来，由于有机氯农药难以被动植物降解而且在生物体内降解速度慢，致使许多国家开始限制和禁止使用有机氯农药.有机磷农药作为有机氯农药的替代品，因为具有品种多，成本低，药效好，应用范围广，对自然环境的污染以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等优点迅速发展起来，从20世纪70年代起，有机磷杀虫剂的使用量逐年上升.正是因为有机磷农药在我国大量、频繁和反复地使用，导致其过量残留.残存于作物、土壤或水体中的有机磷农药，经物理迁移或化学转化，最终通过食物链的传递和富集作用影响人类及其他有益生物体[1].世界上有机磷农药种类超过150种，中国生产和使用的有机磷农药有将近40种，其中常用的有敌百虫、乐果、敌敌畏、马拉硫磷、对硫磷、辛硫磷等.有机磷农药的结构区别很大，毒性也大不一样，其中对硫磷类农药的毒性最大.

1有机磷农药的毒性效应

有机磷农药引起的中毒主要为急性中毒，以神经症状为主.轻度中毒时表现为头痛、头晕、恶心、呕吐、疲倦、食欲不振等症状，血液胆碱酯酶活力下降到70%-50%；中度中毒时除上述症状加重外，还会出现肌肉震颤、瞳孔缩小、胸闷、轻度呼吸困难、流涎、流汗、腹痛、腹泻、血压和体温升高等症状，血液胆碱酯酶活力下降到50%-30%；重度中毒除上述症状和特征外，并伴有心率加快、血压升高、瞳孔高度缩小、肌肉震颤明显、呼吸困难、昏迷、循环衰竭等，少数人出现脑水肿，血液胆碱酯酶活力下降到30%以下.同时研究表明有机磷农药具有遗传毒性，可导致基因内部DNA的改变，并引起一定的表型变化.

除了急性毒性外，也发现了有机磷农药的慢性毒性作用，不过其慢性中毒症状无明确的特异性，仅以神经衰弱综合征为主，如头痛、头晕、食欲不振、记忆力减退等.

有机磷农药作为潜在的化学致癌物还可能参与癌症的发生.经流行病学调查发现，非霍奇金淋巴瘤（NHL）、白血病、前列腺癌的发生同接触有机磷农药混合物密切相关.1995年在对美国某农产进行调查时，发现该农场工人NHL的发病率高于没有接触有机磷农药人群.

有机磷农药具有遗传毒性，可导致基因内部DNA的改变，并引起一定的表型变化.有研究表明，暴露在不同浓度的甲基对硫磷、甲基吡啶磷、敌敌畏条件下，可以导致黑腹果蝇三期幼虫两个遗传标记点的交叉杂合，在表型上观察到果蝇翅膀大小和形状的突变.早有报道久效磷具有遗传毒性，可导致生物机体的一系列生化指标如血浆蛋白含量、肝脏的DNA和RNA含量等改变.敌百虫、敌敌畏和乙酰甲胺磷可以显著诱发中国仓鼠（Phodopus griseus）

卵巢细胞（CHO细胞）离体细胞姐妹染色体互换（SCE）的产生，并导致染色体的畸变.

有机磷农药也具有生殖发育毒性.在给予了致死和亚致死浓度的敌敌畏后，鲶鱼的卵母细胞组织结构明显异常.长期慢性接触有机磷农药的男性，其精子的质量和数量均呈下降趋势，有机磷农药与精子多倍体和亚倍体的发生有密切关系.有调查表明，有机磷农药作业女工（主要生产乐果、氧化乐果、甲胺磷的供料车间、合成车间和包装车间工作）生殖功能异常，常有早产、过期产、自然流产等症状[2].

2有机磷农药作用机制

有机磷农药进入机体后，主要抑制机体内乙酰胆碱酯酶，使其失去活性.乙酰胆碱酯酶（AchE）是生物神经传导中的一个关键酶，主要位于突触后膜，临近胆碱受体，能降解乙酰胆碱，终止神经递质对后膜的刺激作用，保证神经冲动在突触间正常传导.有机磷农药进入机体后，其磷酸根迅速与胆碱酯酶的活性中心结合，形成磷酰化胆碱酯酶，因而失去分解乙酰胆碱的作用.以致胆碱能神经末梢补位所释放的乙酰胆碱不能迅速被其周围的胆碱酯酶所水解，结果导致乙酰胆碱蓄积，从而过强地刺激胆碱能神经系统，引起组织器官功能性改变，发生一系列的中毒症状.

3降解有机磷农药的微生物种类

自然环境中存在的部分细菌、真菌、放线菌、藻类等都对有机磷农药具有降解作用，而其中研究得比较深入的有细菌和真菌2类[3].细菌包括：假单胞菌属(Pseudomonas)、芽饱杆菌属(Baccillus)、节细菌属(Arthrabacter)、棒状杆菌属(Corynobacterium)、黄杆菌属(Flavobacterium)、黄单胞杆菌属(Xanthamonus)、固瘤细菌属(Azotomonus)、硫杆菌属(Thiobacillus)等.真菌有：曲霉属(Aspergillus)、青霉属(Pinicielium)、木霉属(Trichoderma)、酵母菌等.藻类对有机磷也有降解作用，如小球绿藻属(Chorolla)降解甲拌磷、对硫磷等[4].在自然环境中，能降解有机磷的细菌数量远远多于能降解有机磷的真菌数量，但是在降解能力上，细菌的效果要比真菌差，并且遗传性状不如真菌稳定，可能会因为多次传代而渐渐失去降解能力.

4有机磷农药降解菌的获得与鉴定

4.1降解菌的获得

目前，降解有机磷农药的微生物获得途径主要有：(1)从受污染的土壤、水体底泥以及农药生产厂污水处理曝汽池中的污泥等受污染的环境介质中筛选、驯化、富集和分离高效降解菌，这是目前最为常见也是采用最多的一种方法.(2)定向培育优良有机磷降解菌种，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，如Ronald等连续向土壤中施用乙烯菌核利，诱发筛选出该农药的降解菌假单胞杆菌，Alian.W等通过向土壤中施加萘丙酸草胺诱发该农药降解菌的产生并分离.(3)在上述两种方法的基础上进行诱变育种，王永杰通过紫外诱变育种获得高效菌株.刘玉焕等用NTG诱变曲霉乐果降解菌，经测定该诱变菌株对乐果的降解率明显提高.

4.2降解菌的鉴定

降解菌的鉴定方法有表形鉴定法和遗传型鉴定法.菌的形态特征、培养特征、生理生化