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1、工程大学毕业设计（论文）本科毕业设计(论文)开题报告题目：毒死蜱的微生物降解及中间产物分析课 题 类 型 科研 论文 模拟 实践 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 生物工程学 院： 生物与化学工程学院指 导 教 师： 开 题 时 间： 2010年3月 2010年3月20日一. 毕业论文内容及其研究意义毒死蜱是一种广谱性有机磷杀虫剂，是目前世界上杀虫剂中销售额最大的品种，是陶氏化学公司于1965年在美国登记推广并获得专利。也是目前全球应用最广泛的五种杀虫剂之一。其被世界卫生组织分成卫生类和农用类两个类别，分别用来作卫生杀虫剂和农用杀虫剂。毒死蜱于1997年在我国取得了正式登记1。本论
2、文实验主要利用微生物对毒死蜱的降解作用，研究某种毒死蜱降解菌株对毒死蜱的降解作用，研究该菌株对毒死蜱降解的降解过程和降解谱，并对其降解中间产物进行分析。本实验有利于深刻了解和研究毒死蜱降解菌株对毒死蜱的降解作用及其降解过程，有利于毒死蜱降解过程中产物的研究，对毒死蜱降解菌株降解毒死蜱的过程研究及目前毒死蜱污染问题的解决具有深刻的研究意义和实践意义。二. 毕业论文研究现状及其发展趋势2.1 毒死蜱的发展现状毒死蜱子1965年被美国陶氏化学公司首次开发以来，其作为以前高毒杀虫剂的替代品已经得到广泛的利用。毒死蜱对昆虫具有触杀、胃毒和一定的熏蒸作用, 是一种广谱高效的杀虫、杀螨剂。毒死蜱是一种神经毒
3、剂, 能抑制乙酰胆碱酯酶的活性, 使神经突触部位大量乙酰胆碱积聚, 致使突触后膜不断激活, 神经纤维长期处于兴奋状态, 正常的神经传导受阻, 从而使昆虫中毒致死。毒死蜱在植株叶片上的残留期不长, 但在土壤中残留期较长2。2.1.1 毒死蜱的应用现状毒死蜱广泛用于防治蝼蛄、蛴螬、地老虎等地下害虫, 喷雾可防治棉花、果树、蔬菜、甘蔗、花卉等作物上的多种害虫及螨类等; 还可以防治蚊、蝇、跳蚤、蜚蠊等卫生害虫; 近年来在桑树上的应用逐渐增多, 已在美国、日本、加拿大、中国等10 多个国家和地区注册, 同时在非农业中也有所应用。毒死蜱是一种在麦类、水稻、玉米、棉花、甘蔗、果树等多种作物上普遍使用的高效广
4、谱杀虫剂, 对防治小麦吸浆虫和地下害虫等都有较好效果。毒死蜱在我国目前是农药中的畅销品种, 用量相当大。毒死蜱原药分成卫生级和农用级两个级别，分别用来制作卫生杀虫剂和农用杀虫剂。在美国，毒死蜱及其系列产品是应用最普遍的卫生杀虫剂，每年大约有二千多万个家庭用来防治白蚁、虱子、跳蚤和蟑螂等，有效地保护了这些家庭的财产、孩子和宠物等免遭这些卫生害虫的侵害；作为农用杀虫剂，可有效防治水稻、苹果、柑桔、小麦、棉花、玉米、甘蔗、蔬菜等上的螟虫、卷叶虫、粘虫、介壳虫、蚜虫、螨类、菜青虫、小菜蛾、黄曲条跳甲、韭蛆等百余种害虫。1997年，陶氏益农生产的卫生杀虫剂蚁定清(有效成分为毒死蜱)在我国农业部农药检定所
5、获得登记，用于室外的白蚁防治。在农用杀虫剂方面，毒死蜱的系列产品48%乐斯本乳油于1984年在我国农业部农药检定所取得登记，获准在水稻、棉花、苹果、柑桔、蔬菜等作物上使用防治稻纵卷叶螟、稻飞虱、棉铃虫、蚜虫、介壳虫、菜青虫等方面。同年，上海市政府在菜篮子工程建设中，推荐了乐斯本等几种农药在夏季高温时用来防治蔬菜害虫，以彻底取代甲胺磷等高毒农药。近年来，高毒农药的大量使用对环境造成的负面影响已引起我国政府的关注。在农药工业“十五”发展规划中，我国政府要求在此期间彻底削减高毒有机磷杀虫剂，毒死蜱是甲胺磷和对硫磷等高毒农药的高效、低毒替代品种。我国已有许多厂家生产毒死蜱，主要生产厂家有：山东华阳集团
6、、河北沙隆达股份有限公司，湖南沅江化工厂，浙江新安江化工集团公司，浙江仙居农药厂，江苏南通染化厂，苏州化工集团公司，福建福州精细化工总厂，河北滏阳化工厂等。可以预见，毒死蜱有非常广阔的市场和应用前景。2.1.2 毒死蜱的残留毒性及污染现状 毒死蜱在叶片上的残留期因不同作物而异, 各种作物收获前停止用药的安全间隔期, 棉花21d, 水稻7d, 小麦10d, 甘蔗7d, 大豆14d, 花生21d, 玉米10d, 叶菜类7d3。Lee 等4研究了大米在煮前和煮后的毒死蜱含量, 结果表明, 煮前用水洗大米, 能够去除60%的毒死蜱;煮熟后, 大米中还残留占总药量30%的毒死蜱。OByme 等研究了不同
7、的食品加工方法中毒死蜱的残留情况, 结果表明, 通过煮、烘烤和加工成罐头三种方法加工的食品,毒死蜱残留量为煮加工成罐头烘烤。Yen 等对三种土壤进行的实验结果表明, 土壤温度从25升到35,毒死蜱的半衰期分别从28、15、12d 降到2、3、7d。毒死蜱具有较高的急性毒性, 是农产品安全性问题重点关注的农药品种之一, 在对外贸易中是农药残留检测的主要项目5。关于毒死蜱的环境行为研究报道很多: 毒死蜱对人的神经系统和脑发育会有一定影响, 对儿童有潜在的健康危害; 毒死蜱的广泛应用对环境造成了严重的污染。目前以鼠为对象研究毒死蜱对人体的毒害作用也正成为人们研究的热点6; 美国环境保护局官员Brow
8、ner 指出, 毒死蜱在土壤中的降解受土壤温度、湿度、毒死蜱的浓度、土质、微生物活动等影响较大。由于毒死蜱使用范围及用量的不断扩大, 毒死蜱在环境中的转归不容忽视。许多国家对农产品，特别是蔬菜上的毒死蜱残留量有严格的规定，例如日本，大米、麦类等粮食作物上最高残留限量为0.1 mgkg-1，甘蓝和白菜为1 mgkg-1，西红柿和甜菜为0.05 mgkg-1，其它蔬菜上的最高残留限量一般为0.01 mgkg-1。2002年2月，浙江省台州的蔬菜西兰花，在日本临时加严的检验中部分被检出农药残留超标，出口受阻；日本加严的农残检测项目包括甲胺磷、敌敌畏、毒死蜱、氰戊菊酯等。我国加入WTO，关税壁垒将逐渐
9、削减，但是，贸易国日益增高的技术壁垒，尤其是“绿色壁垒”，对我国残留工作提出了更高的要求；如在蔬菜中毒死蜱残留量问题上，日方对进口的菠菜的限量标准是0.1mgkg-1，而对本国生产的萝卜限量标准却高达3 mgkg-1。毒死蜱农药，本身在叶片残留期并不长，但是，由于农民管理水平有限，加上贸易国严格的残留量要求，使其残留问题日益受到重视。如何解决这一问题已经提上日程 7。2.2 毒死蜱降解的发展现状2.2.1 光化学降解农药施用以后，无论是残留于植物表面还是进入土壤、水体或大气，均会因受到太阳辐射，而发生光化学降解。其实质是化合物接受光辐射能量后，光能转化到化合物分子键上，使农药中的C-C、C-H
10、、等键断裂而发生内部反应的过程。毒死蜱在自然光下的半衰期约为34周，降解比较缓慢，但自然界中大量存在的腐殖质等光敏剂能显著加速其光解速率。另外，其他农药和表面活性剂也影响光解速率。岳永德等研究发现:毒死蜱在玻片表面的光解半衰期为42.62h,抗蚜威、丙烯菊酯对毒死蜱的光解有显著的加速光解作用；林丹、氟氯菊酯、杀螟松对毒死蜱有显著的延缓光解作用,6种表面活性剂中,2201、0201、JFC对毒死蜱的光解有显著的加速光解作用。虽然光解是农药在环境中消解的主要途径之一，但它受到光照的限制，一般只发生在表层水、土壤中，光解半衰期是34周。但是光降解在水深处或冬天里并不是理想的方法 8。2.2.2 水体
11、中的降解虽然毒死蜱农药目前一般不会直接用于水体，但农药施用以后，一部分会通过径流、渗漏、冲刷等途径进入水体，严重威胁着水体的质量。另外，残留在土壤中的农药也因土壤中所含的水分而发生降解。在开放的水体中，毒死蜱的浓度和持久性主要根据剂型的不同而有所差异。例如，在施用于开放水体中时，乳剂和可湿性粉剂使水体中毒死蜱浓度趋于增加的现象。当农药被吸附到沉淀物上时，浓度又迅速下降。微粒剂和缓释剂则不会增加浓度，且持久性时间增长。毒死蜱进入淡水或海水中，主要是喷雾或者是土壤微粒携带进入。在水中，毒死蜱迅速被悬浮沉淀物和底部物质吸附。蒸发是毒死蜱减少主要的途径。蒸发半衰期是3.520d。研究还表明，这类杀虫剂
12、在水体中是不稳定的。水解速率随温度升高而增大，每降温10，速率降低2.53倍。在酸性-中性水中，水解速率变化不大。但在碱性水中，速率呈增加趋势。另外，农药本身的浓度也影响其水解速率，60d内高浓度时水解速率明显小于低浓度时的水解速率。由此看出毒死蜱在环境中的水解速率除受所属环境条件的影响外,还受农药初始浓度的制约9。2.2.3 土壤的吸附。土壤颗粒能强烈吸附毒死蜱农药，不易水解。在土壤中，毒死蜱表现出了很强的稳定性。不易透过土壤层，污染地下水，在粘土和粘性砂土中不容易移动。土壤对毒死蜱的主要降解产物TCP吸附能力不强，毒死蜱在土壤中表现出适当的流动性和持久性。在氧气充足的土壤中，在结构上从砂土
13、到粘土、pH值从5.47.4七种土壤条件中，毒死蜱的半衰期从11141d。毒死蜱在高pH值下不稳定，半衰期不受土壤结构、有机质浓度影响。在缺氧土壤中，在砂土中的半衰期为15d，粘土中的半衰期为58d。土壤中吸附的毒死蜱将被光解、化学水解、微生物降解等。在潮湿的土壤中，毒死蜱的有效半衰期为45163h。另有研究表明，在施药30d后，2.6%9.3%的毒死蜱分别残留在砂土和疏松的土壤中。毒死蜱在土壤中的半衰期一般为60120d，但根据土壤类型、气候和其他条件的不同，其半衰期可缩为2周或延续到1a以上10。2.2.4 毒死蜱的生物代谢降解（一）植物上的消解。有研究表明，植物可从土壤或水系统中富积毒死
14、蜱。植物富积毒死蜱后具有毒性，如莴苣等。且这种杀虫剂及其在土壤中的代谢物可能会加速其自身在一些作物上的富积。目前人们已对作物上的毒死蜱降解状况作了不少研究，不过这些研究对象还主要集中在淡水作物上。通过实验发现毒死蜱在大棚青菜上的降解速度明显慢于在露地青菜上的降解；在研究毒死蜱在水稻上的消解实验中发现:毒死蜱能有效防治一些钻蛀性害虫是由于具有一定的渗透性能11。（二） 毒死蜱在人和动物体内的代谢降解。毒死蜱主要分布在动物肝脏、肾脏、脾脏等血流量高的器官。脱3，5，6-三氯和-2-吡啶基及葡萄糖苷化是主要的代谢途径。大多数以原形和代谢物经尿道排除，较少通过粪便排泄。毒死蜱无生物蓄积性，经皮吸收极少
15、。经皮给药量是口给药量的10倍时，血液浓度也只有经口吸收的1/15。不同动物类型对毒死蜱的积累能力也不同。在研究海洋动物对农药的富积实验中发现，富积能力由大至小顺序：小弹涂鱼、实验贝类、褶痕相手蟹。不同动物对毒死蜱的降解能力各不相同，弹涂鱼的降解能力最强，毛蚶次之，波纹巴非蛤和文蛤的降解能力较差。在研究鲮鱼对毒死蜱的代谢时发现：鲮鱼能迅速富集水中的农药而达到最高值，随后浓度明显下降。各器官组织的峰值高低顺序为：内脏团整体鳍眼剩余部分肌肉12。（三）微生物降解大量研究表明,利用微生物及其产生的降解酶对环境中农药残留的去除与净化是治理农药污染的有效方法,并已显示了良好的应用前景。从受农药污染严重的土壤或水体筛选、分离具有优良性状的菌种是目前采用最多的一种方法13。有关毒死蜱微生物降解的研究已经取得一定进展,筛选和分离出了一些降解毒死蜱的微生物。报道最早的毒死蜱降解微生物是从施用二嗪农和对硫磷的土壤中筛选出来的,它们通过共代谢作用降解毒死蜱,不能以毒死蜱为唯一碳源。有学者将前人找到的降解对硫磷等的黄杆菌(Flabobacterium sp.)和节杆菌(Arthrobacter sp.)用来降解毒死蜱,取得了良好的效果。此外还有很多降解菌的报道。国内对毒死蜱的微生物降解起步较晚,但发展比较迅速。杨丽从蔬菜大棚土壤中分离到一株能以毒死蜱为唯一碳源和能源生长的菌株DSP3
