微生物對化學農(nóng)藥的降解課件

1、微生物對化學農(nóng)藥的降解微生物對化學農(nóng)藥的降解報告人：張莉莉微生物對化學農(nóng)藥的降解 農(nóng)藥降解研究領域日趨活躍,研究者們相繼對除草劑、殺蟲劑、殺菌劑等的微生物降解進行了深入細致的研究。通過近幾十年的研究,已經(jīng)確定了微生物在土壤和水環(huán)境的農(nóng)藥降解中起主要作用。研究者分離到一批能降解或轉(zhuǎn)化某種農(nóng)藥的微生物類群,逐步弄清了微生物降解農(nóng)藥的主要作用方式及降解機制,以及各類化學農(nóng)藥的微生物降解途徑。微生物對化學農(nóng)藥的降解降解化學農(nóng)藥的微生物類別微生物降解農(nóng)藥的途徑和機理影響微生物降解農(nóng)藥的因素農(nóng)藥微生物降解的新技術和新方法存在的問題及展望微生物對化學農(nóng)藥的降解降解農(nóng)藥的微生物類別降解農(nóng)藥的微生物類別 已報道

2、的降解農(nóng)藥的微生物有細菌、真菌、放線菌、藻類等，大多數(shù)來自土壤微生物類群。細菌由于其生化上的多種適用能力以及容易誘發(fā)突變菌株從而占了主要的位置，其中假單胞菌屬是最活躍的菌株，對多種農(nóng)藥有分解作用。下圖列舉了主要的降解農(nóng)藥的微生物類別。微生物對化學農(nóng)藥的降解降解農(nóng)藥的微生物類別微生物對化學農(nóng)藥的降解微生物降解農(nóng)藥的途徑與機理微生物降解農(nóng)藥的途徑與機理 目前，對于微生物降解農(nóng)藥的研究主要集中于細菌。細菌降解農(nóng)藥的本質(zhì)是酶促反應，即化合物通過一定的方式進入細菌體內(nèi)，然后在各種酶作用下，經(jīng)過一系列的生理生化反應，最終將農(nóng)藥完全降解或分解成分子量較小的無毒或毒性較小化合物的過程。微生物對化學農(nóng)藥的降解

3、如假單胞菌ADP菌株以莠去津為唯一碳源，有3種酶參與了降解莠去津的前幾步反應，首先是A tzA酶催化莠去津水解脫氯的反應，得到無毒的羥基莠去津，該酶是莠去津生物降解的關鍵酶；其次是A tzB酶催化羥基莠去津脫氯氨基反應，產(chǎn)生N-異丙基氰尿酰胺；第3步是A tzC酶催化忖異丙基氰尿酰胺生成氰尿酸和異丙胺；最終莠去津被降解為CO2和NH3。微生物對化學農(nóng)藥的降解 由于降解酶往往比產(chǎn)生該類酶的微生物菌體更能忍受異常環(huán)境條件，酶的降解效率遠高于微生物本身，所以利用降解酶可以作為凈化農(nóng)藥污染的有效手段。但是，降解酶在土壤中容易受非生物變性、土壤吸附等作用而失活，難以長時間保持降解活性，并且酶在土壤中的移

4、動性差等因素，限制了降解酶在實際中的應用。微生物對化學農(nóng)藥的降解 試驗已經(jīng)證明，編碼合成這些酶系的基因多數(shù)在質(zhì)粒上，如2，4-D的生物降解，即由質(zhì)粒攜帶的基因所控制，通過質(zhì)粒上的基因與染色體上的基因的共同作用，在微生物體內(nèi)把農(nóng)藥降解。 目前對于各種殺蟲劑的微生物降解途徑已比較清楚，下表列舉了幾種主要的降解途徑。微生物對化學農(nóng)藥的降解微生物對化學農(nóng)藥的降解影響微生物降解農(nóng)藥的因素影響微生物降解農(nóng)藥的因素u 微生物自身的影響u 農(nóng)藥結(jié)構(gòu)的影響u 環(huán)境因素的影響微生物對化學農(nóng)藥的降解 微生物自身的影響微生物自身的影響 微生物的種類、代謝活性、適應性等都直接影響到對農(nóng)藥的降解與轉(zhuǎn)化。已經(jīng)證明，不同的微

5、生物種類或同一種類的不同菌株對同一有機底物或有毒金屬的反應都不同。微生物對化學農(nóng)藥的降解 微生物具有較強的適應和被馴化的能力，通過一定的適應過程，新的化合物能誘導微生物產(chǎn)生相應的酶系來降解，或通過基因突變等建立新的酶系來降解。微生物降解本身的功能特性和變化也是最重要的因素。微生物對化學農(nóng)藥的降解 農(nóng)藥結(jié)構(gòu)的影響農(nóng)藥結(jié)構(gòu)的影響 農(nóng)藥化合物的分子量、空間結(jié)構(gòu)、取代基的種類及數(shù)量等都影響到微生物對其降解的難易程度。不同化學結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥，生物降解性由易到難依次為脂肪酸類、有機磷酸鹽類、長鏈苯氧基脂肪酸類、短鏈苯氧基脂肪酸類、單基取代苯氧基脂肪酸類、三基取代苯氧基脂肪酸類、二硝基苯類、氯代烴類。微生物對化

6、學農(nóng)藥的降解 一般情況下，高分子化合物比低分子量化合物難降解，聚合物、復合物更能抗生物降解；空間結(jié)構(gòu)簡單的比結(jié)構(gòu)復雜的容易降解；易溶于水的農(nóng)藥比難溶于水的農(nóng)藥易降解。 微生物對化學農(nóng)藥的降解 微生物只能降解特定結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥，所以農(nóng)藥結(jié)構(gòu)決定降解該農(nóng)藥的微生物種類，只有對污染環(huán)境農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)充分了解，才能有效地對其進行生物降解。微生物對化學農(nóng)藥的降解 環(huán)境因素的影響環(huán)境因素的影響 環(huán)境因素包括溫度、酸堿度、營養(yǎng)、氧、底物濃度、表面活性劑等。農(nóng)藥的生物降解是一個復雜的過程，影響因素很多。近年來，人們越來越多地關注到環(huán)境對農(nóng)藥的生物降解的影響，取得了很多成果，在今后的研究中，尤其在農(nóng)藥生物降解實際應用中

7、，環(huán)境因素將是人們必須考慮的因素。微生物對化學農(nóng)藥的降解農(nóng)藥微生物降解的新技術和新方法農(nóng)藥微生物降解的新技術和新方法 固定化微生物技術在農(nóng)藥降解中的應用 農(nóng)藥降解酶制劑的研制及應用 降解基因的克隆、表達及基因工程菌的構(gòu)建微生物對化學農(nóng)藥的降解固定化微生物技術在農(nóng)藥降解中的應用固定化微生物技術在農(nóng)藥降解中的應用 自20世紀70年代后期以來，固定化微生物的研究迅速發(fā)展，其應用范圍很廣。其中，應用固定化微生物技術降解污水中的農(nóng)藥，成為一個新的研究領域。Jiyeon等利用海藻酸鈣固定微生物，對蠅毒磷的降解進行試驗，取得了滿意的結(jié)果，其降解能力優(yōu)于未固定化微生物。微生物對化學農(nóng)藥的降解 由于固定化細胞對

8、底物和氧氣擴散有阻礙，使細胞酶活性降低，通過基因工程手段制備高效工程菌是解決該問題的關鍵。閆艷春等克隆抗性庫蚊酯酶基因并在大腸桿菌中高效表達，用海藻酸鈉包埋固定化工程菌，并處理有機氯農(nóng)藥三氯殺蟲酯和菊酯類農(nóng)藥溴氰菊酯，結(jié)果表明，固定化工程菌能高效降解這兩種農(nóng)藥。微生物對化學農(nóng)藥的降解農(nóng)藥降解酶制劑的研制及應用農(nóng)藥降解酶制劑的研制及應用 如果用微生物產(chǎn)生的酶來處理農(nóng)藥殘留而不是直接使用微生物菌株，那么對環(huán)境造成威脅或潛在威脅的風險即可降低。研究表明，一些酶比產(chǎn)生這類酶的微生物菌體更能忍受變異的環(huán)境條件，如對硫磷水解酶可耐受高達10的鹽濃度和50的溫度，而產(chǎn)生這種酶的假單胞菌在這種條件下卻不能生長

9、。微生物對化學農(nóng)藥的降解 固化酶對環(huán)境條件有較寬的忍受范圍，可用于農(nóng)藥及類似結(jié)構(gòu)的環(huán)境污染物的凈化。用降解酶凈化農(nóng)藥具有良好的效果，能否應用取決于穩(wěn)定性及固定化技術的實用性，降解酶的獲得可通過生物技術對降解農(nóng)藥的基因進行克隆、基因的高效表達來實現(xiàn)。微生物對化學農(nóng)藥的降解降解基因的克隆、表達及基因工程菌的構(gòu)建降解基因的克隆、表達及基因工程菌的構(gòu)建 分子生物學的迅猛發(fā)展為農(nóng)藥降解菌從實驗室走向?qū)嶋H應用提供了可能。人們寄希望通過基因工程技術將農(nóng)藥降解酶基因或降解質(zhì)?？寺〉胶线m的宿主菌中并使其高效表達，構(gòu)建“高效農(nóng)藥降解菌”，為農(nóng)藥的微生物降解開辟一條新途徑。這一領域已成為當今環(huán)境生物技術的研究熱點之

10、一，也是今后工作的重點。微生物對化學農(nóng)藥的降解 存在的問題及展望 目前已相繼分離和鑒定了各種降解農(nóng)藥的微生物菌株(包括細菌、真菌等)，但是利用微生物進行生物修復的實際應用卻往往由于其降解效率較低而受到影響。農(nóng)藥微生物降解的問題主要有以下幾方面：(1)單一菌株的純培養(yǎng)問題；(2)環(huán)境條件對微生物降解農(nóng)藥的影響；(3)受農(nóng)藥污染的環(huán)境及食品不能進行有效的處理；(4)微生物與被降解物接觸的難易程度；(5)微生物的適應性問題。因此，農(nóng)藥降解菌從實驗室到實際應用還有一段路要走。微生物對化學農(nóng)藥的降解 微生物降解農(nóng)藥的研究方向包括：高效農(nóng)藥降解工程菌的開發(fā)、混合菌的培養(yǎng)、降解菌的固定化、白腐真菌降解農(nóng)藥的研究和農(nóng)藥生物降解的模型定量化研究。微生物對化學農(nóng)藥的降解 近年來，伴隨著基因工程和分子生物學研究技術的發(fā)展，科研工作者開始把重心轉(zhuǎn)移到高效工程菌的構(gòu)