化学农药微生物降解精.pptVIP

全世界范围内由有害昆虫、杂草、植物病原微生物等所造成的农作物产量的平均损失十分严重。我国是一个农业大国，以占世界7% 的耕地养活了占世界22% 的人口。目前，我国耕地病虫害发生面积约2 亿hm2/a。化学防治方法以其快速、高效的优点成为农业病虫害防治的主要手段。 2007 年我国生产农药173.1万t( 按有效成分计),首次超过美国，成为世界第一大农药生产国。大量化学农药的使用在杀灭病害、保证农业丰收的同时也带来了严重的环境问题，破坏了生态平衡，更不容忽视的是土壤中残留农药通过食物链逐级富集、传递对人、畜造成严重危害，这在发展中国家尤为严重。 农药降解技术的开发是解决化学农药对环境及食物污染问题的重要途径之一。目前，降解化学农药的方法主要有化学降解(水解、氧化分解和光化学降解等)、物理降解(超声波技术、吸附、洗涤和电离辐射等)和生物降解(微生物、降解酶和工程菌等)。 虽然传统的物理和化学方法降解农药效果不错，但成本太高，并伴有新的污染物生成，造成环境的二次污染。生物降解是指通过生物(包括各种微生物、植物和动物)的作用将农药分解为小分子无毒或低毒化合物，并最终降解为水、二氧化碳和矿物质的过程。相对于物理和化学方法，生物降解尤其是微生物降解方法具有无毒、无残留、无二次污染等优点，是一种安全、有效、廉价的降解农药的方法。 其中，微生物是有机化合物生物降解的第一因素,具有降解和转化有机农药的巨大潜能，被Beierink 概括为“微生物的绝对可靠性”和“微生物降解的必然性”理论。 降解化学农药的微生物 目前已经分离到多种可降解农药的微生物,包括细菌、真菌、放线菌等, 主要分离自土壤或活性污泥。细菌适应能力强、易诱发突变且分布广泛, 所以比较容易筛选。细菌降解菌主要有: 假单孢菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、节细菌属(Arthrobacter)、棒状杆菌属(Corynebacterim)、黄杆菌属(Flavobacterium)、黄单孢杆菌属(Xanthomonas)、固瘤细菌属(Azotomonus)、硫杆菌属(Thiobacillus)等。 一种化学农药可以被多种微生物降解；同时， 一种微生物也可对多种化学农药进行降解，这体现了微生物种类的多样性以及某些微生物功能的多样性，也说明某些微生物可以应用于一种或多种农药的降解，而一些则只能用于特定种类农药的降解。 随着化学农药新品种的不断涌现，新的污染问题也将产生，新的可降解化学农药的微生物也将被人们发现和利用。 微生物对于农药的降解可分为酶促和非酶促反应。 酶促反应是指微生物以胞内酶或分泌的胞外酶直接作用于农药，通过一系列的酶促反应，如氧化、脱氢、还原、水解、合成等反应，最终将农药完全降解或分解成分子量较小的无毒或毒性较小的化合物的过程。 酶促反应是微生物降解农药的主要形式，微生物本身含降解农药的酶系基因，或本身虽无该酶系基因，但是经诱导或环境存在选择压，基因发生重组或改变产生了新的降解酶系。 主要生物化学作用有: 脱卤作用、氧化还原作用、脱烷基作用、水解作用、环裂解作用等。 假单胞菌ADP 菌株以莠去津为唯一碳源,有3种酶参与了降解莠去津的前几步反应，首先是AtzA 酶催化莠去津水解脱氯的反应，得到无毒的羟基莠去津，该酶是莠去津生物降解的关键酶；其次是AtzB酶催化羟基莠去津脱氯氨基反应，产生N-异丙基氰尿酰胺；第3步是AtzC酶催化N-异丙基氰尿酰胺生成氰尿酸和异丙胺；最终莠去津被降解为CO2和NH3。 非酶促形式指的是微生物通过代谢改变农药的环境离子浓度、pH 等物理、化学性质，从而间接促使降解农药的过程。 微生物降解农药有矿化作用、共代谢作用。 矿化是将有机物完全无机化的过程, 是与微生物生长( 包括分解代谢和合成代谢) 相关的过程。被矿化的化合物作为微生物生长的基质和能源,矿化作用是最理想的降解方式, 因为农药被完全降解成无毒的无机物。 石利利等研究了假单胞菌DLL-1在水溶液介质中降解甲基对硫磷的性能及降解机理后指出, DLL-1菌可以将甲基对硫磷完全降解为无机离子NO2-、NO3-。 共代谢作用是指微生物在有其可利用的碳源存在时，对原来不能利用的物质也可分解代谢的现象。通常情况下，共代谢只能使有机物得到修饰或转化，不能使分子完全分解。 门多萨假单胞菌DR-8菌株降解甲单脒产物为2,4-二甲基苯胺和NH3，而DR-8菌株不能以甲单脒为碳源、能源而生长，只能在添加其他有机营养基质作为碳源的条件下才能降解甲单脒，且降解产物未完全矿化，属于共代谢作用类型。 微生物降解农药的影响因素 环境微生物降解农药是比较复杂的生理生化过程. 土壤微生物的种类、数量、理化特性以及降解效率等与所在土壤类型、土壤物理性质、土壤形成过程、农药种类、农药的化学性质以及外部