有机磷农药的微生物降解技术

有机磷农药的微生物降解技术

金潇，颜冬云，秦文秀

（青岛大学化学化工与环境学院,山东青岛266071）

摘要：有机磷农药的微生物降解技术具有成本低、不产生二次污染等优点，逐渐为人们所关注。为此，介绍了微生物降解的生物种类，并对其获得方法、降解机理、影响因素及基因工程菌的构建与应用等方面的研究进展进行了综述。

关键词：有机磷农药；微生物降解；影响因素；基因工程菌

中图分类号：X592文献标识码：A文章编号：1006－060X（2011）09－0093－05

Technology of Microbial Degradation for Organophosphorus Pesticides

JIN Xiao,YAN Dong-yun,QIN Wen-xiu

(College of Chemical Engineering and Environmental Sciences,Qingdao University,Shandong266071,PRC)

Abstract:Technology of microbial degradation organophosphorus pesticides has gradually gathered significant environmental concerns for its low cost and no-secondary pollutions.This paper mainly introduced the biological species for microbial degradation,and the advances in obtaining methods of degrading microorganisms,degrading mechanism, influencing factors,construction and application of genetic engineering strains were summarized.

Key words:organophosphorus pesticides;microbial degradation;influencing factor;genetic engineering strains

有机磷农药（Organophosphorus pesticides，Ops）是一种在环境中广泛使用的杀虫剂，具有高效、广谱等优点，自20世纪60年代以来，逐渐取代了有机氯农药。

随着有机磷农药的大量使用，其负面影响日益突出。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]。1999~ 2001年，Abdel-Halim等[2]对一杀虫剂制造厂污水管道附近的污水、底泥和鱼类进行采样研究，结果表明，6份不同季节的样品中均存在毒死蜱、甲基毒死蜱、二嗪农、甲基嘧啶磷和溴丙磷。其中，毒死蜱在所有的水样和底泥样品中为主要污染物，浓度范围分别为24.5～303.8ng/L、0.9～303.8ng/L，二嗪农在鱼类样品中为主要污染物。

有机磷农药的降解方式主要分为生物降解、光化学降解、化学降解等3种，其中微生物降解具有操作简单、成本低、代谢繁殖快，对污染物氧化完全，不会产生二次污染等优点[3-5]。为此，本文综述了有机磷农药微生物降解技术，以期为环境中有机磷

农药的消解提供技术支撑。

1降解菌种类

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[6-7]。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[8]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（5mg/L）的降解率达48.9％。解秀平等[9]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5h内对50mg/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）、青霉属（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

收稿日期：2011-01-18

基金项目：土壤与农业可持续发展国家重点实验室开放基金

（Y052010023）

作者简介：金潇（1990-），女，山东菏泽市人，本科生，研究

方向为环境污染与控制。

通讯作者：颜冬云

湖南农业科学2011，（9）：93~97Hunan Agricultural Sciences

用，如小球绿藻属（Chorolla）能降解对硫磷、甲拌磷等[11]，但这方面的研究相对较少。

2降解菌获得途径

目前，获得可降解有机磷农药微生物的途径主要有3种，如下。（1）从受污染的土壤、水体底泥、污水处理厂出口的污泥等受污染的环境介质中，进行筛选、驯化、富集和分离。王华等[12]采用室内培养方法，从长年施用乐果的土壤中分离筛选出一株能在高浓度乐果中生长的，且以乐果为唯一碳源的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）菌株，该菌株对乐果的平均降解量为1306.33mg/L·60h。廖金英等[13]从土壤中分离筛选出两株菌株，经鉴定分别为头状葡萄球菌（Staphylococcus capitis）和粪产碱菌（Alcaligenes faecalis）。在甲胺磷浓度为500mg/L，30℃，180r/min摇床上基质培养72h，对甲胺磷的降解率分别达到58.49％和65.80％。Zeinat等[14]从农业废水中分离筛选出5株以马拉硫磷为唯一碳源和磷源的细菌菌株，经鉴定，4株为产气肠杆菌（Enterobacter aerogenes），1株为苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis）。其中，苏云金芽孢杆菌在马拉硫磷的液体培养基上生长良好，经培养15d后对马拉硫磷的降解率达91％以上。（2）定向培育优良菌种是近年来倍受关注的方法。该方法通过人为多次施药，在土壤中培育可降解该农药的微生物。如，刘文海等[15]从被甲胺磷废水污染的湖泊中分离细菌样品，以甲胺磷为唯一碳源和能源，经定向筛选，得到一株可高效降解甲胺磷的巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）菌株。气相色谱测定结果表明，此菌株对甲胺磷的降解率在48h和96h分别为49.24％和98.20％。（3）利用化学诱变剂或其他诱变方法获得新的降解菌。武晓炜等[16-17]通过紫外诱变育种从假单胞菌（Pseudomonas sp.）S-2中筛选出一株S-232。试验表明，S-232在30℃、摇床220r/ min的条件下，6d后，对甲胺磷的降解率达到74％，与菌株S-2的降解率相比，提高了8％～9％。

3微生物降解机理研究

微生物对有机磷农药的降解方式可分两类。

一类是微生物直接作用于有机磷农药[18]，其实质是酶促反应，包括氧化、脱氢、还原、水解、合成等作用，主要是微生物本身含有可降解该农药的酶系基因。或者，虽然微生物本身并无可降解该有机磷农药的酶系[19]，但在农药胁迫下，微生物的基因发生重组或改变，产生了新的降解酶系。Mageong等[20]

报道大肠杆菌产生的磷酸三酯酶能打开P=S键。路杨等[21]分离出的菌株可以不同程度地打断甲胺磷中的P=N键、P=O和P=S键，完全转化为PO

4

3-。阮少江[22]研究发现，甲胺磷经甲胺脱氢酶（MADH）催化后，P=N键被打开脱氨基，同时可检出一定量的

甲醇、PO

4

3-和CH

3

SH。由此，他推测自然界中甲胺磷的降解很可能是从P=N的断裂开始的。对于微生物在其他种类有机磷上的降解方式，有不同的报道。Liu等[23]在分离到的抗辐射不动杆菌USTB-04降解甲基对硫磷的过程中，没有发现任何中间产物和最终产物。由此，他推测出USTB-04首先促使苯环上的C-C键发生断裂而非作用于P=O键。

另一类是微生物的活动改变了微环境功能而间接促使农药降解。常见的作用方式有3种。（1）矿化作用。其指微生物直接以有机磷农药作为生长基

质，将其完全分解成无机物如CO

2

和H

2

O等的过程。石利利等[24]研究了假单胞菌DLL-1在水溶液介质中降解甲基对硫磷的性能、影响因素及其降解机理。结果表明，DLL-1菌能将甲基对硫磷完全转化

为无机离子NO

2

-、NO3-，中间产物为对硝基苯酚。李晓慧[25]从长期受毒死蜱污染的污水处理池中分离到一株毒死蜱高效降解菌株，该菌株能在24h内完全降解100mg/L的毒死蜱。（2）共代谢作用。其指微生物在有可利用碳源存在时，对原来不能利用的物质进行分解代谢的现象。艾涛等[26]分离到一株以共代谢方式降解乐果的真菌菌株L3，该菌株在120h内对乐果的降解率达29.2％。王永杰等[27]从污泥中分离出一株以共代谢方式降解乐果的菌株G1，对乐果的降解率达60％以上。（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。在这种情况下，培养混合菌是一种可行的解决办法。对此，Douglas[28]曾做过尝试性研究。

4影响微生物降解的因素

温度、pH值、农药初始浓度、微生物类型、外加碳氮源等因素均会影响微生物对有机磷农药的降解。

乔楠等[29]在研究废水中乐果降解菌的筛选及作用条件时发现，20~42℃，在一定pH值范围内，乐果都能被降解。其中，以pH值为7.0、30℃时的降解效果最好。此外，随着pH值的升高，降解率下降。仪美芹等[30]分离到3株能以甲基对硫磷为碳源和能源的真菌，包括2株木霉菌（Trichoderma sp.）和1株链格孢菌（Alternaria sp.）。在30℃左右，3株真菌

第9期

湖南农业科学94