微生物降解有机磷农药的研究进展独孤求败（师范大学）摘要：综述有机磷农药降解微生物的种类、降解机理及代谢途径、有机磷降解酶、降解酶基因克隆与表迗等研究 现状，并探讨有机磷农药微生物降解的发展趋势 关键词：有机磷农药；微生物降解；农药残留；降解菌农药作为一种重要的生产资料，在农业生产中得到普遍应用，最为广泛的是有机磷农药，包括杀虫剂、除草剂 和杀歯剂等目前，我国生产200多种农药，年产E近1000多万吨，其中有机磷农药约占总产80%其中作 为当今农药中的主要类别的宥机磷农药如甲胺磷，甲基对硫磷，对硫磷，甲基异柳磷，久效磷，乐果，氧化乐 果，甲拌磷，杀扑磷等为代表的高毐农药，一直在国内广泛生产和使用有机磷农药作为有机氯农药的取代物， 具有药效高、品种多、防治范围广、成本低、选择作用高、药害小、在环境中降解快、残毐低等优点有机磷 农药作为一类高效、广谱的杀虫剂，促进了农业生产的迅速发展，但其具有抑制胆碱酯酶活力，使乙酰胆碱大 S蓄积，产生类似胆碱能激动剂的作用，使中毒者表现流涎、腹泻、震颤、肌朿颤动等症状，严重者可死亡： 且有机磷农药具宥烷基化作用|4］，可能会对动物有致癌、致畸、致突变作用随着环保意识的增强，有机磷农 药的污染问题［13］益引起人们的重视。
研宄表明，利用微生物及其降解酶是消除农药污染的有效途径［S6］1有机磷农药降解微生物的筛选与种类冇机磯农药降解微生物的筛选方法较多，目前最常用的方法是从长期遭受农药污染的土壤或水体中采集样品， 经富集培养、平板划线等操作，分离得到单蘭落；然后经驯化培养，或紫外化学诱变等方法获取髙效降解阐株： 或通过细胞工程、基W工程等技术手段构建工程菌株FI前己经分离出多种有机磷农药降解微生物，包括细菌、 真菌、放线菌和藻类等|74q，其中，以细菌的种类最多且根据资料显示，有机磷农药降解细菌大多属于假单胞 菌屈，如假单胞菌可降解甲胺磷、对硫磷、甲基对硫磷、马拉硫磷、敌敌畏以及甲拌磷等多种农药，表明假单 胞菌在农药降解中占冇重耍地位；真菌也具有卓越的农药降解能力，如青霉属真菌可降解对硫磷、马拉硫磷、 地虫磷以及敌百虫等多种农药；藻类降解有机磷农药的研究报道较少，但藻类的农药降解能力正在日益引起人 们的重视，如小球藻可有效地去除污水中的有机物质，包括农药、烷烃、酚类以及邻苯二甲酸酯等，且小球藻 还含有丰富的叶绿素、叶黄素和其他类胡萝卜素、丰富的蛋白质、碳水化合物、维生素以及必需氨基酸等|912微生物降解有机磷农药的机理及代谢途径。
有机磷农药大多数属于酯类，一般不溶于水，易溶于有机溶剂，其降解方式主要有物理降解、化学降解和生物 降解其中，微生物降解是生物降解的主要形式，其反应条件温和，反应速度快，反应专一性强研究表明， 有机磷农药的微生物降解是一个极其复杂的生物化学过程，该过程涉及多种酶促反应，主要有氧化、还原、 脱氢、合成等儿种类型|1GI微生物降解有机磷农药的作用方式可以分为两大类，一是微生物直接作用于有机磷 农药，通过酶促反应降解农药，常说的微4物降解有机磷农药多属于此类；二是通过微生物的活动改变丫化学 和物理的环境而间接作用于宥机磷农药，一般有矿化作用、共代谢作用、生物浓缩或累积作用及其他的间接作 用等［川有机磷农药的微生物代谢途径比较复杂，研究较多的主要有甲胺磷、T基对硫磷等曹志方等从T胺磷的酯键 结构考虑，推测微生物降解甲胺磷主要为水解作用，当甲胺磷变为无机磷后，其产物包括ch3oh,ch3sh,nh3, 其中不含磷的简单C.化合物可被甲棊营养阑进一步代谢；另外，不同的微生物降解甲胺磷的途径可能不同，即使同一微生物在不同生长条件KK降解途径也可能不同，且不能排除在一定条件下某一种微生物可通过不同 途径來降解甲胺磷ll2j。
阮少江等从牛.长在以甲胺（也可生长在甲胺磷上）为唯一碳、氮源的甲基营养菌N0.1 细胞中提取出一种甲胺脱氢酶（MADH）,该酶不仅能转化甲胺为甲醛和氨，.H.能够较好地催化甲胺磷的降解；进 一步的研宄表明，甲胺脱氢酶并不具有磷酸酯酶的活性，其降解机制可能是首先打断甲胺磷中的N-P键，释放 氨基，进而引起其他基团的脱落，最终降解产物CH3OH、CH3SH、NH3路杨等认力，细菌对甲胺磷浓度降 低所起的作用不是简单的表面吸附作用，而是不同程度地打断甲胺磷的P-N、P-O、P-S键；部分降解菌能够完 全打断甲胺磷的P-N、P-0、P-S键，使之完全降解为PO43-1131微生物代谢甲蕋对硫磷的初始反应一般为水解作用，产物多为二甲蕋硫代磷酸（DMTH）和对硝蕋苯酚（PNP）1141; 而崔中利等认为，采用共代谢降解方式的微生物可能在有毒化合物的生物修复中具有更大的贡献， Bacilluscerell-j5降解甲基对硫磷的途径独特，无PNP产生，代之以紫外吸收波长力242.5am的一种未知中间产 物［151柏文琴等分析了 OChmbaCterUmSp.B2对甲基对硫磷的降解途私B2水解甲基对硫磷产生PNP，PNP通过 产生4 一硝基邻苯二酚（4.NC）和L2.4—苯三酚的途径进一步代谢，其推测B2可能矿化甲基对硫磷116］。
王凌 等根据细菌L-10的甲基对硫磷降解产物，推测甲蕋对硫磷发生了一系列的取代、氧化、还原等反应，且与细蘭 本身代谢相关［17］3农药微生物降解的研究农药微生物降解的研究农药微生物降解的研究农药微 生物降解的研究3.1微生物降解有机磷农药的影响因素微生物降解有机磷农药的影响因素微生物降解有机磷农药的影响因素微 生物降解有机磷农药的影响因素环境因子、农药种类及本身的化学结构以及微生物的种类、代谢机制及代谢类 型均影响微生物对农药的降解3.1.1有机磷农药类型及化学结构对生物降解的影响（1） 类型农药，含有3个磷酷键，一般分为两种类型：一种是磷通过双键与氧结合（P=0），如甲胺磷、氧化乐果、 敌敌畏等；另一种是磷通过双键与硫结合（P=S）,如对硫磷、甲基对硫磷、辛硫磷、水胺硫磷、毒死蜱等2） 化学结构的影响，农药的基团和分子结构决定其在微生物环境中的降解行为农药的化学结构决定了其溶 解性、分子排列和空间结构、化学官能团、分子间的吸引和排斥等特征，并因此影响农药能否被微生物所摄取H前从自然中分离的很多广谱降解菌，对M类农药具有降解作用，是由于这些农药具有相同或相似的结构农 药化学结构中所含的卤素、氮、氢等原子，会降低有机物的生物降解性，这类基团的数0越多，生物降解性越 差。
而羟基和羧基的存在，则有利于生物降解性农药的化学结构决定了它被微生物降解的速度对于芳乔族化 合物，苯环上取代氯的数g越多，降解越困难，并且苯环上间位取代类型最难降解，因此2,4,5-T的生物降解比 2,4-D要难得多|81农药的其它理化特性，如水溶性、吸附性等也影响微生物的降解性3.1.2环境因子的影响环境因子如土壤的pH值、温度、含水量、溶氧量、盐度、有机质含量、粘度及气候条件等均影响微生物对农 药的降解其中，土壤pH值对降解影响相对较大，不仅影响微生物降解酶的活性，同时也影响农药的化学降解 Brajcsh等（2000）人研宄pH值对苯线磷和毒死蟬农药降解的影响，在pH为4.7-6.7（酸性）时，毐死蜱降解的半 衰期由256d降至35d,然而，在pH值为7.7-8.4（碱性）范M内，半衰期降至16天，而苯线磷降解菌在pH值为 6.7-6.S降解最快［9］王军等研宂了二甲戊乐灵在75% FC（土壤含水量）和120% FC下比在30% FC下的微牛.物降 解快Ul,其原因可能是商FC下土壤微生物的相对活性较商温度影响酶反应动力学、微生物生长速度等宥些 营养元素，尤其是生K闵子必须从环境有机质中摄取，这些环境因子对微生物的生命活动及降解特性起着至关 重要的作用。
一般来说，实验室条件下微生物降解的最适条件为：温度28-35C, pH值为6.8-7.5,以及其它适 宜条件3.2生物降解机制当宥机磷农药进入土壤环境后，可以通过物理降解、化学降解和微生物降解物理降解和化学降解主要包桮光反应、热反应、氧化还原反应、电化学反应等，微生物降解主要包括多种酶促反应i"1与物理和化学降解方法 相比，微生物降解具有反应条件温和、反应速度快和反应专一性强的特点大量研允表明，微牛.物降解农药的 机理主要宥两类：一类是降解蘭直接作用于农药，这种作用方式其实质主要是一系列的酶促水解反应［121,利用 微生物及其产生的降解酶对环境中残留的有机磷农药进行降解Hilda等(1999)发现Pseudomonus, Bacillus和 Rhizobium属的许多菌株都具强大的降解磷的功能，认为其在降解有机磷农药中起重要作用的足酸性磷酸酶|131 一般来说，微生物本身含降解该农药的酶系基因，或本身虽无该酶系基因，但经诱异或环境存在选择压，基因 发生突变，产生了新的降解酶系，常说的农药微牛物降解多属于此类來自黄杆菌(Flavobacterium.sp)和假单胞 蘭(Pseudomonas.sp)的W机磷降解酶基因编妈序列也被证实完全相同胃151。
当微生物对农药的降解作用是由胞内 酶引起时［26］无论是共生还是单一的微生物对农药的降解大多都是在酶的参与条件下进行的微生物通过酶促 反应直接作用于有机磷农药的方式主要有氧化、脱氢、还原、水解等几种反应类型［27］另一类是通过微生物 自身的活动改变化学或物理环境而间接对有机磷农药起到降解的作用常见的方式主要有矿化作用、共代谢作 用以及种间协同代谢三种(1)矿化作用：指微牛物直接以有机磷农药作为牛长基质，将其完全分解成为无机 物2)共代谢191作用：指微生物在宥其可利用的碳源存在时，对其原来不能利用的物质也可以进行分解代谢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3.3微生物降解农药的应用研究近年来，随着微生物降解农药机理的阐明和分子生物学的兴起，越来越多的科研工作者把研宂的方向转向农药 微生物降解的应用性研宂由于农药对环境的污染不仅在于其在农田的使用产生的残留上，很大一部分污染是 在农药的生产和运输过程中就已发生，如农药厂排出的废水就是一个重大的污染源，这些废水对环境造成严重 污染和危害大部分农药厂都采用了微生物降解的方法来处理生产废水H前常用的几种处理方法主要有活性 污泥法、生物膜法、氧化塘法、废水的厌氧及耑氧生物处理法等但这些常规方法有一些缺点不能克服，如 活性污泥法易发生污泥膨胀现象，易产生二次污染等。
为克服这些缺点，科研人员把目光转向新的方向，如同 定化微生物技术、生物整治技术、基因工程菌的构建等都是当前研究的热点4农药降解研究的展望到目前为止，尽管高效、低毐、低残留、易降解新型化学农药的开发和研制工作取得了很大进展，但农产品、土 壤和江河湖海中化学农药的大量残留，以及新型化学农药带来的新污染仍是不容回避的问题生物农药具有高 效降解性以及对环境污染小等特点，何生物农药在短期内仍不可能取代化学农药随着人们牛.活水平的提高， 宥机磷农药残留问题意识的提商及其对绿色食物的迫切要求，使釘机磷农药微.牛.物降解的研宂受到很人的重视， 高效降解蘭的筛选、培养、酶制剂的生产以及现代分子生物技术和基因工程技术的发展，微生物降解有机磷农 药的研究得到丫极大的发展g前，微生物降解有机磷农药主要集中在甲胺磷、乐果等，但是仍有某些有机磷 农药不能被微生物所降解，因此这些非生物识别物质在环境中的积累及解决有机磷农药的处理周期长、见效忪 等问题是今后研允的艰巨任务相信通过多途径多方法分离和筛选具冇卨效降解特性的菌株，深入研允微牛物 降解农药的特性，构建出商效的遗传工程阐、s因工程阐来综合治理农药的环境污染，微生物降解宥机磷农药 方面将晶示出诱人的应用前景。
致谢参考文献［1］ 罗元华.有机磷农药微生物降解菌的分离与鉴定［J］，湖南农业大学报，200。