本 科 生 毕 业 论 文（设 计）文 献 综 述题 目:微生物降解有机磷农药的研究进展生命科学与工程学院二零一零年元月论文综述-微生物降解有机磷农药的研究进展微生物降解有机磷农药的研究进展摘要：近年来有机磷农药的大量使用，尤其是不合理利用，给环境带来重大安全隐患，有机磷污染修复成为研究热点，土壤和水体中存在大量可降解有机磷农药的微生物类群，它们对农药的广泛降解性能被应用于多种污染修复实践本文概述了我国有机磷农药使用及农药残留现状、有机磷农药降解菌菌种类及其分离筛选和降解农药特性的研究进展关键词：有机磷农药；微生物降解；农药残留；降解菌目前，我国生产200多种农药，年产量近1000多万吨，其中有机磷农药生产约占总产量的80%其中作为当今农药中的主要类别的有机磷农药如甲胺磷、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毒、剧毒农药，一直在国内大量生产和广泛使用[1]有机磷农药(Organophosphate，简称OPs)是一类有机磷酸酯类化合物，它具有药效高﹑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﹑残毒低等优点[2] 现今在世界范围内也广泛应用，有着极为重要的地位。
但其缺点是对人和畜毒性较高，常因使用保管不慎，发生中毒事件，并且化学农药的流失和残留会导致环境的污染本文对现有的有机磷农药种类、生物降解技术以及现有成果进行了系统的归纳和总结，并对有机磷农药生物降解的进一步研究提出合理的建议由于农药的使用范围和数量的不断增大以及农药不合理施用，已造成水体、土壤等环境的农药污染问题，大量的农药残留给人们的健康带来很大的伤害，有关有机磷农药残留和农药中毒事件屡见报道[3]另外农药残留超标使我国农产品出口受到一定的阻碍，还影响到其它相关产品的声誉，并成为某些发达国家设置绿色贸易壁垒的一种重要手段[4]，影响国家经济的可持续发展甚至情况如果继续恶化，将威胁到整个人类的可持续发展土壤微生物对有机磷农药的降解作用是治理农药污染的重要手段农药的微生物降解是指在微生物作用下使农药有效成份的结构发生改变，导致其化学及物理性质改变的过程，通过将其从大分子化合物降解为小分子化合物，最后降解为水与二氧化碳，实现对环境的无害化环境因子和农药本身的化学结构均影响微生物对农药的降解因此，了解有机磷农药的危害及其在环境中的降解过程及迁移转化，寻找降解残留有机磷农药[5]的方法，对除去其对人类生活的不利影响和保护环境是十分必要的。
由于微生物降解农药具有费用低、环境影响小、可最大程度降低污染物浓度等优点，因此加强有机磷农药生物降解的研究，解决有机磷农药对环境的污染问题，不仅是当今相关研究领域的热点，也是人类当前迫切需要解决的问题之一1 有机磷农药的现状1.1 生产和使用现状我国是一个农业大国，也是农药生产大国全国现有2000多家农药生产企业，生产约200多种农药目前，农药原药生产能力已达100多万吨，居世界第二位，仅次于美国据有关资料显示,2005年，我国农药总产量为103.9万吨，其中有机磷农药产品就占到总量的80%目前世界上生产的农药品种主要有420种，其中106种杀虫剂，106种除草剂，50种杀菌剂，以及植物生长调节剂和驱避剂，经常大量使用的有100多种在我国，广泛使用的有机磷农药也有30多种[6]，我国农药年使用量80-100万吨，居世界首位，常用农药有150-160种[7]有机磷农药品种有:(1) 杀虫剂有敌百虫、敌敌畏、乐果、氧乐果、对硫磷、甲基对硫磷、甲胺磷、久效磷、辛硫磷、水胺硫磷、杀螟硫磷、毒死蝉、甲基异柳磷、马拉硫磷、乙酞甲胺磷、丙溴磷、甲丙硫磷、特丁硫磷、甲拌磷；(2) 除草剂有草甘磷、莎稗磷；(3) 杀菌剂有稻瘟净、异稻瘟净、甲基立枯磷、乙磷铝；(4) 其他的如乙烯利、克线磷。
随着科技的发展和进步，在一定程度上，对农药的需求有所减少，但是有机磷农药在农业上的应用仍然占据着重要的地位1.2 农药残留农药残留是指农药使用后残存于生物体、农副产品和环境中的农药原体、有毒代谢物、降解物和杂质的总称农药残留是施用农药后的必然现象，但是如果超过最大残留限量，则会对人畜产生不良影响，或通过食物链对生态系统中的生物造成毒害据美国康奈尔大学介绍，全世界每年使用的400多万吨农药，实际发挥效能的仅1%，其余99%都散逸于土壤、空气及水体之中[8]环境中的农药在气象条件及生物作用下，在各环境要素间循环，造成农药在环境中重新分布，使其污染范围极大扩散，致使全球大气、水体(地表水、地下水)、土壤和生物体内都含有农药及其残留农药的发明和使用无疑大大提高了农作物的产量，但随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，农药残留对环境及人类健康造成的负面影响日益显露出来发展快速、灵敏、可靠和实用的环境中农药残留的分析技术及研究农药降解新方法，无疑是控制农药残留量，保护生态环境及人类健康的有效手段2 农药降解菌的研究2.1 降解有机磷农药的主要微生物菌群表 1 部分农药降解菌及其降解的农药种类[11-12]微生物种类农药名称假单胞菌属(Pseudomonas )甲胺磷、马拉硫磷、二嗓农、甲拌磷、敌敌畏、对硫磷、甲基对硫磷、辛硫磷、杀螟松、乐果芽孢杆菌属(Bacillus)苯硫磷、对硫磷、甲基对硫磷、甲胺磷、敌敌畏、乐果、杀螟松节细菌属(Arthrobacter)马拉硫磷、二嗓农黄杆菌属(Flavobacterium)对硫磷、甲基对硫磷、马拉硫磷、二嗓农、毒死蝉、甲胺磷产碱杆菌属(Alcallgeres)对硫磷、甲基对硫磷、固氮极毛杆菌属(Azolonzonas)对硫磷、毒死蝉短杆菌属(Brevibacterium)对硫磷、甲基对硫磷极瘤细菌属(Rlaizobium)马拉硫磷、对硫磷硫杆菌属(Thiobacillus)甲拌磷不动杆菌属(Acinetobacle)甲胺磷、甲基对硫磷、三唑磷、对硫磷、敌敌畏曲霉属(Aspegillus)敌白虫、溴硫磷、地虫磷、甲胺磷、乐果、对硫磷、马拉硫磷、氧化乐果青霉属(Pinicietium)地虫磷、对硫磷、敌百虫根霉属(Rhizpus)士也虫磷、溴硫磷木霉属(Trichoderma)敌敌畏、对硫磷、马拉硫磷镰刀菌属(Fusarium)敌白虫酵母属(Saccharomyces)甲胺磷小球绿藻属(Chlorotta)甲拌磷、对硫磷土壤微生物系包括细菌、真菌、放线菌、藻类等，它们均对土壤和农产品中残留的药具有降解作用。
目前研究得较深入的有细菌和真菌两种[9]细菌由于其生化上的多种适应能力以及容易诱发突变菌，从而在降解农药的微生物中占主导地位[10]环境中残留的有机磷农药，除部分通过物理降解和化学降解外，大部分通过微生物降解或转化作用，使有毒的农药转化为无毒或低毒的其它化合物一些从自然界中分离出的能降解农药的微生物，包括细菌、真菌、放线菌等(见表1)从表1可以看出，有的同一种菌属能同时对几种农药起到降解作用[13]，如假单胞菌属能降解大多数有机磷农药，包括对硫磷、甲胺磷、敌敌畏、乐果等；也有的菌属只专一地对一种农药有降解作用，如硫杆菌属对甲拌磷有降解作用；有的表现出降解惰性，如节杆菌和大肠杆菌等；有的不直接降解农药，而是通过共代谢完成降解过程2.2 国内研究概况农药污染问题日益严重，我国科学工作者自20世纪40年代开始进行研究，60年代中期以后这一领域活跃，现已成为环境污染治理工作的热点近些年来已取得了很大的研究进展，主要表现在：(1) 许多有机磷农药的微生物降解菌株(包括真菌、细菌等)相继被分离和鉴定，如王永杰等人从污泥中分离到降解有机磷农药乐果的不动菌属菌株Gl，能较好地降解乐果，同时还能降解敌敌畏第3天时降解率为(200 mg/L)、对硫磷(降解率为43.6%，l00 mg/L)，但不降解甲胺磷。
2) 已报道的有机磷农药降解的途径，氧化、还原、水解、缩合、异构化、甲基化和去甲基化等，其实质是酶促反应3) 有机磷农药降解酶，从已经筛选得到的降解菌株黄丰1菌属中克隆的对硫磷降解酶基因和假单胞菌属中克隆出对硫磷的水解酶，并对酶的特性进行详细研究，目前已经报道的与降解有关的酶有加氧酶、脱氢酶、偶氮还原酶和水解酶等，并开展了降解菌株降酶定位的研究随着现代分子生物学的发展，利生物信息学手段克隆降解酶基因成为一种便利的方式4) 高效农药降解基因工程菌的构建，近年来，伴随着基因工程和分子生物学的发展，研究者采用基因重组技术或原生质融合技术，将表达高效降解农药的酶的基因构建到表达载体中，获得工程菌，以提高具有降解作用的特定蛋白或酶的表达水平，从而提高降解效率，扩大降解菌的降解谱和提高菌株对环境的适应性[14]通过了解生态系统中降解有机磷农药的微生物的分布状况、掌握有机磷农药微生物降解的规律、探明微生物的有机磷农药降解酶及其遗传特征，将有助于预测和控制生忐系统中有机磷农药的污染动态，同时为基因工程降解菌的构建、创新和环境监渊技术提供新的工具但是国内外相关研究均来见既具有促进作物生长又具有农药降解活性的微生物降解菌和菌剂的生产与应用的报道。
2.3 有机磷农药降解菌的富集分离2. 3.1 有机磷农药降解菌的来源(1) 有机磷农药降解菌的分离方法主要是从土壤、水体或污泥等污染环境中直接分离筛选或经过富集培养获得降解菌的富集培养方法主要有：液体富集培养法、土壤环流法、连续流动培养法恒化器(Chemostat)作为连续培养是一种有效的方法，它以目标农药作为培养菌的生长限制底物，在变动的选择压力的作用下可筛选到降解目标农药的微生物菌株或诱发出有降解能力的突变菌株大多数情况下，从被目标农药污染的环境中直接分离，基于一些特殊环境(即长期受到目标农药的污染或被生产目标农药的废水长期污染)的农药降解菌自然富集作用，这种现象在土壤中普遍存在，结合人为加压选择，常常会加速降解菌的分离2) 人为获取有机磷农药降解菌的途径自然界存在的有机磷农药降解菌由于受外界环境因素的影响，它们自身解能力相当有限，或者说不能从根本上解决有机磷农药污染和农产品农药超标问题，因而对从自然界直接分离得到的降解菌，作为研究有机磷农药微生物降解的基础途径，根据生产的社会的实际需要，必须对己获得的降解菌进行改造其一是对已获得的有机磷农药降解菌进行改造，即将降解不同有机磷农药的不同菌株进行基因重组、原生质融合等生物技术处理，改变原有降解菌降解能力低、目标单一、生长条件苛刻等生物学性状，获得新的降解工程菌。
其二是利用不同物种对有机磷农药的降解和代谢能力的不同进行创造性的改造其三是利用化学诱变剂或其他诱变方法来获得新的降解菌刘玉焕等人[15]3 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个磷酯键，一般分为两种类型：一种是磷通过双键与氧结合(P=O)，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目前从自然中分离的很多广谱降解菌，对同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。