| 单词 | 农药的微生物降解 |
| 释义 | 【农药的微生物降解】 化学农药在自然环境的降解过程，既有物理和化学作用，也有生物作用。在土壤和水环境的农药降解中，微生物起重要作用。通过农药微生物降解的研究，我们可以了解农药生物降解涉及的生物种群，发生条件以及代谢途径，以预见农药在环境中的演变和归宿。同时，通过研究开发高效、易行、低成本的生物脱毒技术，从污染土壤、水体或农药废水中去除残留农药。 1949年，奥杜斯(L．J．Audus)首先证明了2，4－D在土壤中可因为微生物的作用而分解。1951年他又报告了2，4－D、2甲4氯、2、4，5－T在土壤中的生物降解速率，并分离了降解细菌。此后，微生物对农药的降解作用受到人们的注意。1966年以后，由于化学农药引起的环境问题日益明显，这一领域日趋活跃。研究得最多的农药是有机氯、有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂，均三氮苯和苯氧羧酸类除草剂，以及用于木材防腐的五氯苯酚等。主要是因为这类农药应用广泛，其中有些类群因不易分解而残留问题突出。主要研究各类农药在各种土壤环境及水体中的降解途径，降解微生物类群，降解作用类型以及所涉及的酶促反应机理等。为利用生物降解进行农药废水生物脱毒，1977年芒内克(D．M．Munnecke)研究了对硫磷水解酶制剂，而后又研制了相应的固相酶反应器，成为酶处理脱毒的成功先例。1977年彭伯顿和费歇尔(J．M．Pemberton and P．R．Fisher)从降解菌株中分离到多种2，4－D降解质粒。1985年，唐和彭伯顿(R．H．Don、J．M．Pemberton)报导了2，4－D降解质粒pJP4的基因和物理图谱。此后，降解酶及降解基因成为农药微生物降解研究的一个重要内容。降解微生物的分离和筛选是农药生物降解研究的基础工作。为获取降解微生物菌株，可以从现已收藏的菌株中筛选，亦可从土壤、水体或污水等污染环境中直接分离筛选或用目标农药作富集培养后分离。长期接触目标农药的土壤和污水常常是首选的样品来源。已经报道的对某种农药有降解能力的微生物有细菌、放线菌、真菌等。大多来自土壤微生物类群。细菌由于其生化上的多种适应能力，容易诱发突变菌株以及便于进行基因操作，从而占了最主要的位置。但是，目前还很难预见某一种或某一属的微生物能专化性地降解某一类农药，因为即使在一个种内只要菌株不同也足以影响它对农药的降解能力。在土壤和水环境中微生物对农药的作用方式可分为：(1)矿化作用。经微生物作用而使有机化合物完全分解为无机物，这种方式表明微生物可利用这种农药为碳源而生长。由于农药的彻底分解可以避免产生对环境有潜在威胁的中间产物，因而是农药生物降解最理想的方式。(2)共代谢作用。这是微生物以某种基质为能源生长时，能同时代谢某些化学物质。但这种微生物不能以这些化学物质为能源。它对这一类物质的代谢只是部分地改变了它们的结构，产生与母体相近似的中间产物。结果是农药的转化，并没有完全降解。共代谢在农药的微生物代谢过程中十分常见，产生的中间产物往往可以被其他微生物种群或物理化学因子所降解。(3)生物浓缩或累积作用。这是微生物菌体细胞通过吸附和吸收的过程积聚环境中的残留农药，主要发生在水体中。除了上述微生物对农药的直接作用外，还发现微生物活动可以改变微环境的H+浓度，降低土壤的氧化还原电势而造成还原的环境，从而引起次生的化学降解。对各种农药的微生物降解途径已有大量的研究，涉及到各种不同化学结构的农药类群。有机磷酸酯类农药的微生物降解主要是对P－O－烷基或P－O－芳基的水解。氨基甲酸酯类的降解从氨基甲酸基团的分解开始，而后通过加氧酶的作用使芳环羟基化，进而被水解。苯氧羧酸除草剂的降解以β－氧化脱去脂肪酸侧链，再经芳环的羟基化而水解。苯环上取代氯的数目及位置对苯氧羧酸类生物降解的难易程度有明显的影响。微生物对农药的代谢过程涉及多种酶促反应，如水解、氧化、还原等。在氨基甲酸酯、有机磷和苯酰胺一类具有醚、酯或酰胺键的农药类群中，水解是常见的，有酯酶、酰胺酶或磷酸酶等水解酶类参与。水解酶多为广谱性酶，在不同的H+浓度和温度条件下都很稳定，又无需辅助因子，水解产物毒性大大降低，在环境中的稳定性低于母体。因此，水解酶是生物脱毒最有实用前景的酶类。氧化也是微生物降解农药的重要酶促反应，包括羟基化、脱烷基、β－氧化、脱羧基、醚链开裂、环氧化、氧化偶联、芳环或杂环开裂等多种形式。以羟基化为例，由于羟基的引入，使化合物极性加强，易溶于水，就容易被生物作用。羟基化在芳烃类化合物的生物降解中尤为重要，苯环的羟基化常常是苯环开裂和进一步分解的先行反应。还原性去氯反应以及带硝基的的农药还原成氨基衍生物也很常见。降解的生化和遗传研究已深入到从各种降解菌株中分离降解基因及构建降解工程菌。2，4－D降解菌株真养产碱菌Alcaligenes eutrophus JMPB4所携带的降解质粒pJP4有6个专化性降解因tfdA-tfdF，分别编码了参与2，4－D分解的6种酶。这些降解基因均在受体细胞中得到有效表达。1990年，海于格兰(R．A．Haugland)等将pJP4导入能降解2，4，5－T的洋葱假单胞菌Pseudomonas cepaciaAC 1100中，所得的降解工程菌株RHJ1可以同时降解2，4－D和2，4，5－T。又如对硫磷水解酶由于其稳定而且基质范围广，因而适用于有机磷农药的废水处理。但产酶菌株生长慢，培养产量低是个限制因子。1989年施泰尔特(T．G．Steiert)等将降解基因opd导入变铅青链霉菌Streptomyces lividans中，获得胞外对硫磷水解酶，展示了通过工业生产制备酶制剂的可能。随着新的化学农药不断开发，今后对各类农药的微生物代谢转化途径及有关微生物类群仍需作大量的研究工作。目前有效的降解菌株还不多。显然，分离技术需要改进，许多降解微生物还有待发现。然而，通过降解酶、降解基因以及基因操作的探索，开发实用的农药废水脱毒技术则是今后农药生物降解研究的重要领域。从突变技术和降解基因导入构建工程菌株，扩大降解基质范围，提高降解酶产量及反应速率将会有更多的工作。然而，降解工程菌在自然菌系中的竞争和生存能力受到许多因子的制约，而且直接使用工程菌可能对环境有潜在的威胁，因此利用降解工程菌工业化生产农药降解酶制剂，以固相酶反应器进行生物脱毒可能更为实用。此外，采用生物降解与其他降解机制相结合的降解系统也可能是脱毒处理的有效方法。1987年卡恩斯(J．S．Karns)等以对硫磷水解酶水解蝇毒磷，再以紫外光照作臭氧化处理，7h即将蝇毒磷废水脱毒就是一个成功的例子。【参考文献】：1 Cook A M，et al．Isolation and cultivation of microbes with biodegradative potential，Experientia，1983，39：1191～11982 Alexander M．Biodegradation of chemicals of environmental concen，Science，198l，211：132～1383 Bollag J M．Microbial metabolism of pesticdes．In Microbial Transformation of Bioactive Compounds Vol 2．J．P．Razazza ed．CRC，Roca Raton，1982，pp．125～1684 郑重．农药的微生物降解．环境科学，1990，11(2)：68～725 Johnson L M．Enzymes associated with the microbial metabolism of pesticides ln Inseecticide Microbiology．R．Lal ed．Springer，Berlin，1984．pp．61～656 Mulbry W，P C Keamey．Degradation of pesticides by micro-organisins and the potential for genetic manipulation．Cron Protection，1991，10：334～346(浙江农业大学博士生导师郑重撰) |
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