有機磷農藥微生物降解的研究進展

李春琴，魏淑梅，王瑞兵，常國華，孫海麗

(蘭州城市學院 地理與環境工程學院，甘肅 蘭州 730000)

1 有機磷農藥降解的研究背景

1.1 農藥

我國人口眾多，農作物產量居于世界首位，但是農藥的生產和使用量也位于世界首位，隨著科學技術的發展，我國農藥市場也迅速發展。農藥既是殺蟲劑，又是植物生長調節劑，人們為了提高農作物的產量增加個人收入，越來越多的農藥被連年用于自然環境中，造成了嚴重的環境污染，打破生態系統的平衡，還會殘留在生物體內引起食物中毒。

1.2 有機磷農藥

屬有機磷酸脂類化合物的有機磷農藥(OPs)是最主要的一種殺蟲劑和除草劑，有機氯農藥由于在環境中殘留時間長、不易分解且毒性大，在我國限用以后，有機磷農藥就成為生產最多、使用最多的一種農藥，該農藥在環境中降解快、殘毒低，而且具有成本低、藥效高、種類多、藥害小、選擇性高、治理范圍廣、比有機氯農藥容易降解等優點，所以我國大量、反復使用這種高毒農藥來提高效益。但是有機磷農藥具有蓄積性、持久性、半揮發性和高毒性[1]等特點，由于人們盲目的反復濫用該農藥，不僅造成了環境污染，還使各類農產品的農藥殘留量嚴重超標，更會通過呼吸道、消化道、粘膜和皮膚進入人體體內，使人類發生中毒。所以，找到一種能安全可靠、無毒無害的有機磷農藥降解措施是刻不容緩的。

2 有機磷農藥的降解方法

目前，降解農藥的方法主要有化學降解(Fenton法、O3法、H2O2法、臨界水氧化法等)、光化學降解(光催化氧化、光激發氧化、光敏華氧化)、電離輻射、洗滌劑、超聲波、生物降解[2]。與生物降解方法相比，其他幾種降解方法對農藥的降解效果比較明顯，但是這幾種方法成本高、易造成二次污染，不是最理想降解有機磷農藥的方法。

近年來，生物降解法廣泛受國內外學者的青睞，具有成本低、安全有效、無毒無害、無二次污染等顯著且不可替代的優勢[3]。然而，考慮到農藥在自然環境中殘留的復雜性和多樣性，微生物對有機磷農藥的修復效果可能還不是很好，所以得靠植物體系來實現。實驗結果表明，這種植物和微生物聯合起來對有機磷農藥的修復效果更好，不過這種聯合修復的效果可能受到多種因素的影響，如土壤含水量、植物密度、植物須根的生長特點、微生物的數量等，所以需進一步研究。林璀等[4]用植物和微生物聯合的修復技術研究了其對有機磷農藥(毒死蜱)污染的土壤的降解效果。研究表明，在高丹草、多花黑麥草和紫花苜蓿三種植物中，高丹草因其須根發達，與DSP-A降解菌(農藥廠污泥中篩選得到)聯合后對毒死蜱污染土壤的修復效果最好，降解率可達96.44%，多花黑麥草因其須根只密布表土，所以降解效果沒有高丹草好，但降解率也能達到93.56%，而紫花苜蓿因其生長期較長，所以降解效果在三種植物中是最差的。并且發現，植物和微生物聯合對毒死蜱污染土壤的降解效果比單一微生物或單一植物的降解效果都要好。

3 降解有機磷農藥的微生物

3.1 降解有機磷農藥的微生物篩選及分類鑒定

篩選有機磷農藥降解菌的方法有多種，可從受污染的環境中采集樣品后直接篩選或經富集培養、平板劃線等方法獲得，可對優良菌種進行定向培育進而篩選分離獲得，也可進行誘變育種獲得新的高效降解菌等[5]。

對篩選出來的降解菌株主要有三種分類鑒定方法。一是菌落形態及顯微結構觀察(將降解菌涂布于瓊脂培養基上觀察菌落形態，并用結晶紫染色觀察菌種結構)。二是生理生化鑒定(按照《常見細菌系統鑒定手冊》以及該鑒定手冊中的鑒定指標進行鑒定)。三是分子鑒定(16S rDNA序列測定分析)。

張六六等[6]從有機磷農藥生產廠的污水處理池、排污口及其周邊受到污染的地區和經常使用有機磷農藥的農田地區的土壤中分離出能高效降解有機磷農藥氧化樂果的5株微生物菌株(JWDP-05、JWDP-09、JWDP-10、JWDP-16、JWDP-24)，其中JWDP-09和JWDP-16 2株菌株的降解效果更明顯。進一步研究發現，JWDP-16菌株對氧化樂果的降解效果最好，其降解率可以達到59.80%，并且該菌株對9種有機磷農藥(甲拌磷、甲胺磷、對硫磷、毒死蜱、敵敵畏等)都有較好的降解效果。通過多步鑒定，確定微生物菌株JWDP-16為枯草芽孢桿菌。

陳健等[7]從農藥污染的農田土壤中，經過初篩和復篩得到了長勢較好、性狀較穩定的五柱菌株，分別是不動桿菌屬(D5-2)、劍菌屬(JZ1)、芽孢桿菌屬(L0)、乳桿菌屬(M1)和微球菌屬(M2)微生物，而且研討了這幾種微生物菌株對甲拌磷、對硫磷等有機磷農藥的降解特點及其影響因素，以及劍菌屬(JZ1)微生物對有機磷農藥甲拌磷的降解機理的研究，發現該菌株對有機磷農藥的降解效果很好。研究表明，有機磷農藥的微生物降解技術具有很大的應用價值和實踐意義，這是一種有待研究開發的降解方法。

段海明[8]研究表明，從農藥企業的生產車間和廢水處理池的污泥中篩選分離出能高效降解毒死蜱、甲基對硫磷到3株降解菌(HY-1、HY-2、HY-4)，通過菌落形態及顯微結構觀察、生理生化鑒定和分子鑒定三種鑒定方法，確定3株降解菌均為蠟狀芽孢桿菌。

3.2 降解有機磷農藥的微生物種類

目前，國內外學者對微生物降解有機磷農藥這一方面很重視，現已篩選分離出很多具有能夠降解有機磷農藥能力的微生物，包括細菌、真菌、放線菌和藻類等微生物。其中有關細菌(適應能力強、易誘發突變)降解有機磷農藥的相關研究最多，真菌和放線菌次之，藻類比較少[9]。

4 微生物降解有機磷農藥的機理

微生物降解有機磷農藥的機理有酶促反應和非酶促反應兩大類，大多數降解是酶促反應，即微生物通過依靠氧化還原酶類、水解酶類、裂解酶類和轉移酶類直接作用于有機磷農藥，使有機磷農藥中的P-O鍵、P-S鍵、P-N鍵斷裂，達到能夠降解有機磷農藥的目標，其降解形式主要有水解、合成、氧化、還原、脫氫、脫羧、脫鹵、縮合、異構化等幾種類型。

非酶促反應機理為：微生物通過自身的活動使環境條件發生變化或結合環境中其他物質而間接將有機磷農藥分解為水和二氧化碳等無機物，進而起到降解有機磷農藥的作用，其降解方式主要有礦化作用、共代謝作用、種間協同代謝作用三種類型[10]。

5 結語

盡管使用農藥能夠提高農作物產量，給廣大農民帶來收益，但同時也會危害人體健康、給環境帶來嚴重污染。我國堅持可持續發展，所以在以后生活中一定要控制農藥的使用量，并且要合理適量的使用，將農藥對環境和人類造成的危害降到最低。

目前，有機磷農藥的微生物修復技術的發展前景十分廣闊，這是一種經濟高效、安全實用、無二次污染的降解技術，隨著這方面更深入的研究，微生物將會對科學發展具有重要的現實意義，會在有機磷農藥的降解方面發揮更大的積極作用。