1、化學(xué)農(nóng)藥的微生物分解，側(cè)海燕，化學(xué)農(nóng)藥分解(生物分解)，1，二甲基芭蕾，2，農(nóng)藥微生物分解的應(yīng)用，3，主要內(nèi)容是，全球由于有害昆蟲，雜草，植物病原微生物等造成的農(nóng)作物產(chǎn)量的平均損失非常嚴(yán)重。 我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，占世界7%的耕地養(yǎng)育了占世界22%的人口。 目前，我國(guó)耕地病蟲害發(fā)生面積約為2億hm2/a。 化學(xué)防治方法以其快速高效的優(yōu)點(diǎn)成為農(nóng)業(yè)病蟲害防治的主要手段。 2007年，中國(guó)生產(chǎn)農(nóng)藥173.1萬t (有效成分分類)，首次超過美國(guó)，成為世界第一的農(nóng)藥生產(chǎn)國(guó)。 大量化學(xué)農(nóng)藥的使用在殺滅病害，保證農(nóng)業(yè)豐收的同時(shí)，帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題，破壞生態(tài)平衡，更不能忽視的是，土壤中的殘留農(nóng)藥通過食物鏈逐漸豐富，

2、給人和家畜帶來嚴(yán)重的危害，在發(fā)展中國(guó)家尤為嚴(yán)重。 開發(fā)農(nóng)藥分解技術(shù)是解決化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境和食物污染問題的重要方法之一。 目前分解化學(xué)農(nóng)藥的方法主要有化學(xué)分解(水解、氧化分解和光化學(xué)分解等)、物理分解(超聲波技術(shù)、吸附、清洗和電離輻射等)和生物分解(微生物、分解酶和工程菌等)。 用傳統(tǒng)的物理、化學(xué)方法分解農(nóng)藥的效果很好，但是成本太高，伴隨著新污染物的生成，引起環(huán)境的二次污染。 生物分解是指通過生物(包括各種微生物、植物、動(dòng)物)的作用將農(nóng)藥分解為小分子無毒或低毒性化合物，最終分解為水、二氧化碳、礦物質(zhì)的過程。 相對(duì)于物理和化學(xué)方法，生物降解，特別是微生物降解方法具有無毒、殘留、二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是安全、

3、有效、廉價(jià)的農(nóng)藥降解方法。 其中，微生物是有機(jī)化合物生物分解的第一要素，具有分解、轉(zhuǎn)化有機(jī)農(nóng)藥的巨大潛力，根據(jù)Beierink，概括為“微生物的絕對(duì)可靠性”和“微生物分解的必然性”的理論。 土壤修復(fù)，化學(xué)農(nóng)藥微生物分解的一般想法，分解性微生物分離，中間代謝產(chǎn)物分析，代謝路徑再構(gòu)筑，分解基因克隆和功能分析，微生物分解農(nóng)藥的影響因素，微生物分解農(nóng)藥的基因資源，化學(xué)農(nóng)藥的微生物分解， I ii、I ii、iv、分解化學(xué)農(nóng)藥的微生物現(xiàn)在被分離成細(xì)菌、真菌、放線菌等多種分解性農(nóng)藥的微生物，主要從土壤和活性污泥中分離出來。 細(xì)菌適應(yīng)力強(qiáng)，容易誘發(fā)突變，分布廣，容易篩選。 細(xì)菌降解菌主要是：假單胞菌屬(Ps

4、eudomonas )、芽孢桿菌屬(Bacillus )、不動(dòng)桿菌屬(Arthrobacter )、棒桿菌屬(Corynebacterim )、黃桿菌屬(flavobacte 有不動(dòng)桿菌屬(Xanthomonas )、巴氏桿菌屬(Azotomonus )、硫桿菌屬(Thiobacillus )等。 化學(xué)農(nóng)藥可以被多種微生物分解，同時(shí)一種微生物分解多種化學(xué)農(nóng)藥體現(xiàn)了微生物種類的多樣性和某種微生物的功能的多樣性，表明某些微生物可以應(yīng)用于一種或多種農(nóng)藥的分解，某些微生物只能應(yīng)用于特定種類的農(nóng)藥的分解。 隨著化學(xué)農(nóng)藥新品種的出現(xiàn)，會(huì)出現(xiàn)新的污染問題，新的可分解化學(xué)農(nóng)藥的微生物也被發(fā)現(xiàn)和利用。 微生物對(duì)

5、農(nóng)藥的分解分為酶促進(jìn)和非酶促進(jìn)。 酶反應(yīng)是微生物使細(xì)胞內(nèi)酶和分泌的細(xì)胞外酶直接作用于農(nóng)藥，通過一系列的酶反應(yīng)，如氧化、脫氫、還原、水解、合成等反應(yīng)，將農(nóng)藥完全分解，分解成分子量小無毒或毒性小的化合物的過程。 酶反應(yīng)是微生物分解農(nóng)藥的主要形式，微生物本身含有分解農(nóng)藥的酶系基因，或者其本身沒有該酶系基因，但會(huì)被誘導(dǎo)或在環(huán)境中存在選擇壓，基因的重組和改變就產(chǎn)生了新的分解酶系。主要生化作用有：脫鹵素作用、氧化還原作用、脫烷基作用、水解作用、環(huán)開裂作用等。 微生物降解農(nóng)藥的機(jī)制，假單胞菌ADP菌株以莟去津?yàn)槲ㄒ坏奶荚矗?種酶參與了分解莟去津前的幾步反應(yīng)，首先得到AtzA酶催化莟去津水釋放氯的反應(yīng)，得到無

6、毒的羥基莟去津，該酶第三步是AtzC酶催化N-異丙基氰胺生成氰尿酸和異丙胺，最終葷去津分解為CO2和NH3。 非酶促進(jìn)形式是微生物通過代謝改變農(nóng)藥的環(huán)境離子濃度、pH等物理、化學(xué)性質(zhì)，間接促進(jìn)農(nóng)藥分解的過程。 微生物分解農(nóng)藥時(shí)，不僅有單一的反應(yīng)，而且通常多種反應(yīng)共同完成農(nóng)藥的分解過程。 Wang等人研究了Ochrobactrum tritici pyd-1分解甲氧西林的方法，該菌通過水解羧酸酯鍵將甲氧西林水解為2，2，3， 分解成3-四甲基環(huán)丙烷酸和3-苯氧基苯甲醛，3-苯氧基苯甲醛氧化成3-PBA，3-PBA進(jìn)一步代謝成4-羥基-3-苯氧基酸，4-羥基PBA分解成原兒茶酚酸和對(duì)微生物降解農(nóng)藥

7、具有礦化作用、共代謝作用。 礦化是使有機(jī)物完全無機(jī)化的過程，是涉及微生物生長(zhǎng)(包括分解代謝和合成代謝)的過程。 礦化化合物作為微生物生長(zhǎng)的基質(zhì)和能量，礦化作用是最理想的分解方式，農(nóng)藥完全分解成無毒的無機(jī)物。 沙利等人研究了假單胞菌DLL-1在水溶液介質(zhì)中分解甲基對(duì)硫磷的性能和分解機(jī)理后，DLL-1菌使甲基對(duì)硫磷完全無機(jī)離子NO2-、NO3-。 共代謝作用是指微生物存在可以利用的碳源時(shí)，對(duì)于本來不能利用的物質(zhì)也能分解代謝的現(xiàn)象。 通常，共代謝只能修飾和轉(zhuǎn)化有機(jī)物，不能完全分解分子。 mendosusuadomonasuDR-8株分解甲氧西林的產(chǎn)物是2，4 -二甲基苯胺和NH3，dr-8株不能以甲

8、氧西林為碳源、能量源生長(zhǎng)，只能在添加其他有機(jī)營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)作為碳源的條件下分解甲氧西林，分解產(chǎn)物完全被礦化微生物降解農(nóng)藥的影響因素，環(huán)境微生物降解農(nóng)藥是比較復(fù)雜的生理生化過程。 土壤微生物的種類、數(shù)量、理化特性和分解效率等與某些土壤類型、土壤物理性質(zhì)、土壤形成過程、農(nóng)藥種類、農(nóng)藥的化學(xué)性質(zhì)和外部環(huán)境因子有著密切的關(guān)系。 微生物個(gè)體、微生物種類、代謝活性、適應(yīng)性等直接影響農(nóng)藥的分解和轉(zhuǎn)換。 不同微生物種類和不同菌株對(duì)同一有機(jī)基質(zhì)農(nóng)藥和有毒物質(zhì)的反應(yīng)也不同。 農(nóng)藥結(jié)構(gòu)、農(nóng)藥的基礎(chǔ)和分子結(jié)構(gòu)決定了微生物環(huán)境下的分解行為。 農(nóng)藥的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了溶解性、分子序列和空間結(jié)構(gòu)、化學(xué)官能團(tuán)、分子間吸引和排斥等特征，

9、影響了農(nóng)藥是否被微生物攝取。 農(nóng)藥結(jié)構(gòu)、農(nóng)藥容易溶于水，其他農(nóng)藥以水溶性鹽或酰胺的形式使用，提高分散性，溶解性差的農(nóng)藥以奶油或懸浮劑的形式使用，不僅提高農(nóng)藥的均勻分散性能，而且對(duì)微生物的分解也有利，農(nóng)藥化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有的鹵素、氮、氫等原子羥基和羧基的存在有利于生物分解性。 芳香族化合物、苯環(huán)上的取代氯的數(shù)量越多，分解就越困難，其中苯環(huán)上的間位取代型最難分解。Click To Edit Title Style，高分子化合物比分子量小的化合物更難分解，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不易分解，與生命物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)相似度高的物質(zhì)越容易分解為微生物。 環(huán)境因素(土壤特性)、環(huán)境因素中含有溫度、酸堿度、含水量、溶解氧

10、量、鹽分、有機(jī)質(zhì)含量、粘度、表面活性劑等，環(huán)境因素的變化必然影響微生物農(nóng)藥的分解過程。，環(huán)境因子，溫度影響了酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和微生物生長(zhǎng)速度。 BrajeshK.Singh研究表明，土壤pH值對(duì)降解的影響相對(duì)較大，不僅影響微生物降解酶的活性，還影響農(nóng)藥的化學(xué)降解。 農(nóng)藥和土壤有機(jī)質(zhì)的緊密結(jié)合在降低生物利用度的同時(shí)，一些營(yíng)養(yǎng)元素，特別是生長(zhǎng)因子必須從環(huán)境有機(jī)質(zhì)中攝取。 王軍等人的研究表明，在土壤水分含量高的條件下微生物對(duì)農(nóng)藥的分解很快，其原因可能是高水分量下土壤微生物的相對(duì)活性高。 夏普PPT論壇chinakui轉(zhuǎn)錄：微生物降解農(nóng)藥的基因資源，農(nóng)藥降解菌的遺傳研究，目前主要集中在克隆和鑒定與農(nóng)藥降解

11、相關(guān)的特異性酶上。 本課題組從多株可分解微生物克隆到一系列分解酶基因中，獲得甲基對(duì)硫磷水解酶基因mpd、磺酰脲類除草劑水解酯酶基因sulE、六六六分解基因簇lin、酰胺類除草劑水解酶基因ampA、菊類農(nóng)藥水解酶基因pyt 對(duì)硝基酚分解基因簇pnp、樂果、氯苯胺靈和敵稗的氨基酶基因dimtH、氯乙酰胺系農(nóng)藥中間產(chǎn)物CMEPA的氨基酶基因cmeH和多種丙氧基苯氧基丙酸酯系除草劑，如氰氟醚、稻草靈和精、甲基對(duì)硫磷分解菌Plesiomonas sp.M6，該菌具有有機(jī)磷水解酶活性，能水解甲基對(duì)硫磷產(chǎn)生對(duì)硝基酚(p-nitrophenol，PNP )，ra 用鳥槍法從菌株M6基因組文庫(kù)中篩選出該水解酶基

12、因，將其命名為mpd。 該基因與已報(bào)道的編碼甲基對(duì)硫代磷脂酶的基因opd完全不同，表明mpd基因的序列與opd基因沒有同源性。 Pseudomonas putida DLLE4可通過甲基硫磷分解進(jìn)一步分解PNP。 磺脲類除草劑是一種超高效除草劑，雖然用量低，但其殘留危害嚴(yán)重。 Hang等人研究了Hansschlegelia zhihuaiae S113對(duì)磺酰脲類除草劑的分解，發(fā)現(xiàn)該家族的除草劑通過脫酯化能轉(zhuǎn)化成無除草活性的相應(yīng)的酸，從s13中發(fā)現(xiàn)了與磺酰脲類除草劑的脫酯化代謝有關(guān)的酯乙酰胺類除草劑現(xiàn)在是除草劑中使用量第三的除草劑，其主力品種是乙草胺、丁草胺等，微生物分解也備受關(guān)注。 Parac

13、occus屬的微生物對(duì)酰胺類除草劑具有較好的分解能力。 Zhang等人從Paracoccus sp.FLN-7克隆了一個(gè)編碼酰胺水解酶的基因ampA。 AmpA能水解酰胺類除草劑的敵稗，能作用于多種酰胺類化合物和含酰胺鍵的有機(jī)磷農(nóng)藥。 雖然該酶的氨基酸序列與已知的淀粉酶的一致性低(低于22% )，但其活性中心的結(jié)構(gòu)與其他淀粉酶同樣保守(Serl54-Serl78-Lys79 )。 馬愛芝等人從長(zhǎng)期被六六六六污染的土壤中分離出了以HCH為唯一碳源的高效降解菌株sphingonmnassp.bhc-a。 BHCA菌株在12 h內(nèi)完全礦化品質(zhì)濃度為5 mgL-1的-、-、-、-hch種異構(gòu)體，特別是

14、對(duì)口一HCH的分解在國(guó)際上也很少。 Wu等以菌株Sphingomonas sp.BHCA為材料，通過Tn5轉(zhuǎn)座子插入突變法篩選了一株完全喪失-HCH降解功能的菌株。 通過構(gòu)建BHC-A45基因組文庫(kù)，篩選了一株含有Tn5轉(zhuǎn)基因序列的陽(yáng)性克隆，并對(duì)陽(yáng)性克隆進(jìn)行轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)基因梁等人從長(zhǎng)期施用百菌清的土壤中分離出能有效分解百菌清的Ochrobactrum sp.CTN.11，該菌在沒有其他碳源的情況下，在48小時(shí)內(nèi)能完全分解50 mgL-1的百菌清。 菌

15、株CTN-11通過從水中釋放氯可以將CTN分解成魚類和無脊椎動(dòng)物的微毒羥基胃蛋白酶(CTN-OH )，但CTN-OH不能進(jìn)一步分解。 為了進(jìn)一步研究CTN水對(duì)氯的代謝過程，Wang等人分離了另一種CTN分解菌Pseudomonas sp.CTN-3。 克隆編碼從CTN-3分解CTN水的酶的基因chd，生成現(xiàn)在報(bào)告的唯一的分解水的酶(4-氯-coa脫鹵素酶)。 代謝途徑顯著不同。 在厭氧和有氧條件下，這種酶都能從水中釋放氯的反應(yīng)，不需要輔助酶a和ATP的存在等輔助因子。 該研究為鹵代芳香族化合物的水脫鹵機(jī)制的研究提供了更好的脫氯酶。 擬除蟲菊酯是重要的殺蟲劑，該家族農(nóng)藥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，微生物分解備受關(guān)

16、注。 Wang等人分離出一株Sphingobium sp.JZ-1株，JZ-1通過水解作用能分解多種擬除蟲菊酯農(nóng)藥。 從JZ-1克隆到羧酸酯酶基因pytH，該基因編碼相對(duì)分子量31103的菊酯水解羧酸酯酶，與發(fā)現(xiàn)的菊酯水解酶完全沒有同源性，與-折疊水解酶家族的同源性約為20% 農(nóng)藥殘留微生物的分解應(yīng)用、農(nóng)藥污染的修復(fù)有物理、化學(xué)和生物修復(fù)等方法，但物理、化學(xué)的方法昂貴，容易引起二次污染。 生物修復(fù)是一種低成本的環(huán)保面源污染修復(fù)技術(shù)。 大量的研究結(jié)果表明，農(nóng)藥分解菌在實(shí)驗(yàn)室的純粹培養(yǎng)條件下能有效地分解化學(xué)農(nóng)藥。 因此，研究分解菌在田間農(nóng)藥殘留的分解，可為生物修復(fù)的應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)際指導(dǎo)。 張

17、瑞福等和蔣建東等以韭菜中的農(nóng)藥為對(duì)象，研究了微生物降解技術(shù)在農(nóng)藥殘留降解中的重要作用。 研究表明，高效施用農(nóng)藥殘留降解菌劑可以顯著減少韭菜中的農(nóng)藥殘留量，在一定范圍內(nèi)，降解率隨菌劑使用量的增加而上升，同時(shí)控制降解菌的使用時(shí)間不會(huì)對(duì)害蟲的防治產(chǎn)生不良影響。 黃等人發(fā)現(xiàn)，如果將偽monassp.IM-4和未接種菌相比，提高了5倍的分解率的IM-4接種到未滅菌土壤中，與對(duì)照相比，咪達(dá)唑侖的分解率提高了3倍，菌株im-4能夠緩和玉米的污染作用。 展望土壤生物修復(fù)，篩選有效的農(nóng)藥分解菌株，建立有效的分解基因庫(kù)，加強(qiáng)農(nóng)藥分解菌的多樣性研究，進(jìn)一步深入探索微生物群的分解和質(zhì)粒，分解酶的遺傳學(xué)，加強(qiáng)菌種資源和基因資源的整合，建立有效的工程菌，提高菌株的分解能力，擴(kuò)大分解光譜同時(shí)，結(jié)合土壤宏觀基因組，也可以對(duì)降解基因的起源和分