微生物對化學農(nóng)藥的降解

1、微生物對化學農(nóng)藥的降解微生物對化學農(nóng)藥的降解農(nóng)藥降解研究領(lǐng)域日趨活躍研究者們相繼對除草劑、殺蟲劑、殺菌劑等的微生物降解進行了深入細致的研究。通過近幾十年的研究已經(jīng)確定了微生物在土壤和水環(huán)境的農(nóng)藥降解中起主要作用。研究者分離到一批能降解或轉(zhuǎn)化某種農(nóng)藥的微生物類群逐步弄清了微生物降解農(nóng)藥的主要作用方式及降解機制以及各類化學農(nóng)藥的微生物降解途徑。1.降解農(nóng)藥的微生物類別已報道的降解農(nóng)藥的微生物有細菌、真菌、放線菌、藻類等，大多數(shù)來自土壤微生物

2、類群。細菌由于其生化上的多種適用能力以及容易誘發(fā)突變菌株從而占了主要的位置，其中假單胞菌屬是最活躍的菌株，對多種農(nóng)藥有分解作用。下圖列舉了主要的降解農(nóng)藥的微生物類別。2.微生物降解農(nóng)藥的途徑與機理目前，對于微生物降解農(nóng)藥的研究主要集中于細菌。細菌降解農(nóng)藥的本質(zhì)是酶促反應，即化合物通過一定的方式進入細菌體內(nèi)，然后在各種酶作用下，經(jīng)過一系列的生理生化反應，最終將農(nóng)藥完全降解或分解成分子量較小的無毒或毒性較小化合物的過程。如假單胞菌ADP菌株

3、以莠去津為唯一碳源，有3種酶參與了降解莠去津的前幾步反應，首先是AtzA酶催化莠去津水解脫氯的反應，得到無毒的羥基莠去津，該酶是莠去津生物降解的關(guān)鍵酶；其次是AtzB酶催化羥基莠去津脫氯氨基反應，產(chǎn)生N異丙基氰尿酰胺；第3步是AtzC酶催化忖異丙基氰尿酰胺生成氰尿酸和異丙胺；最終莠去津被降解為CO2和NH3。由于降解酶往往比產(chǎn)生該類酶的微生物菌體更能忍受異常環(huán)境條件，酶的降解效率遠高于微生物本身，所以利用降解酶可以作為凈化農(nóng)藥污染的有效

4、手段。但是，降解酶在土壤中容易受非生物變性、土壤吸附等作用而失活，難以長時間保持降解活性，并且酶在土壤中的移動性差等因素，限制了降解酶在實際中的應用。試驗已經(jīng)證明，編碼合成這些酶系的基因多數(shù)在質(zhì)粒上，如2，4D的生物降解，即由質(zhì)粒攜帶的基因所控制，通過質(zhì)粒上的基因與染色體上的基因的共由于固定化細胞對底物和氧氣擴散有阻礙，使細胞酶活性降低，通過基因工程手段制備高效工程菌是解決該問題的關(guān)鍵。閆艷春等克隆抗性庫蚊酯酶基因并在大腸桿菌中高效表達

5、，用海藻酸鈉包埋固定化工程菌，并處理有機氯農(nóng)藥三氯殺蟲酯和菊酯類農(nóng)藥溴氰菊酯，結(jié)果表明，固定化工程菌能高效降解這兩種農(nóng)藥。4.2農(nóng)藥降解酶制劑的研制及應用如果用微生物產(chǎn)生的酶來處理農(nóng)藥殘留而不是直接使用微生物菌株，那么對環(huán)境造成威脅或潛在威脅的風險即可降低。研究表明，一些酶比產(chǎn)生這類酶的微生物菌體更能忍受變異的環(huán)境條件，如對硫磷水解酶可耐受高達10％的鹽濃度和50℃的溫度，而產(chǎn)生這種酶的假單胞菌在這種條件下卻不能生長。固化酶對環(huán)境條件有

6、較寬的忍受范圍，可用于農(nóng)藥及類似結(jié)構(gòu)的環(huán)境污染物的凈化。用降解酶凈化農(nóng)藥具有良好的效果，能否應用取決于穩(wěn)定性及固定化技術(shù)的實用性，降解酶的獲得可通過生物技術(shù)對降解農(nóng)藥的基因進行克隆、基因的高效表達來實現(xiàn)。4.3降解基因的克隆、表達及基因工程菌的構(gòu)建分子生物學的迅猛發(fā)展為農(nóng)藥降解菌從實驗室走向?qū)嶋H應用提供了可能。人們寄希望通過基因工程技術(shù)將農(nóng)藥降解酶基因或降解質(zhì)?？寺〉胶线m的宿主菌中并使其高效表達，構(gòu)建“高效農(nóng)藥降解菌”，為農(nóng)藥的微生物降

7、解開辟一條新途徑。這一領(lǐng)域已成為當今環(huán)境生物技術(shù)的研究熱點之一，也是今后工作的重點。5.存在的問題及展望目前已相繼分離和鑒定了各種降解農(nóng)藥的微生物菌株(包括細菌、真菌等)，但是利用微生物進行生物修復的實際應用卻往往由于其降解效率較低而受到影響。農(nóng)藥微生物降解的問題主要有以下幾方面：(1)單一菌株的純培養(yǎng)問題；(2)環(huán)境條件對微生物降解農(nóng)藥的影響；(3)受農(nóng)藥污染的環(huán)境及食品不能進行有效的處理；(4)微生物與被降解物接觸的難易程度；(5)