農(nóng)藥的微生物降解進(jìn)展

農(nóng)藥的微生物降解研究進(jìn)展

摘要：綜述了在環(huán)境中降解農(nóng)藥的微生物種類、微生物降解農(nóng)藥的機(jī)理、在自然條件下影響微生物降解農(nóng)藥的因素及農(nóng)藥微生物降解研究方面的新技術(shù)和新方法。文章認(rèn)為，在農(nóng)藥的微生物降解研究中，應(yīng)重視自然狀態(tài)下微生物對(duì)農(nóng)藥的降解過(guò)程，分離構(gòu)建應(yīng)由天然的微生物構(gòu)成的復(fù)合系，利用微生物復(fù)合系進(jìn)行堆肥或把堆肥應(yīng)用于被污染的環(huán)境是消除農(nóng)藥污染的一個(gè)有效方法。

關(guān)鍵字：微生物生物降解農(nóng)藥降解農(nóng)藥20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的第一次“綠色革命”為人類的糧食安全做出了重大貢獻(xiàn)，其中作為主要技術(shù)之一的農(nóng)藥為糧食的增產(chǎn)起到了重要的保障作用。因?yàn)檗r(nóng)藥具有成本低、見(jiàn)效快、省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)，因而在世界各國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，但農(nóng)藥的過(guò)分使用產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響。僅1985年，世界的農(nóng)藥產(chǎn)量為200多萬(wàn)t[1]；在我國(guó)，僅1990年的農(nóng)藥產(chǎn)量就為22.66萬(wàn)t[2]，其中甲胺磷一種農(nóng)藥的用量就達(dá)6萬(wàn)t[3]。化學(xué)農(nóng)藥主要是人工合成的生物外源性物質(zhì)，很多農(nóng)藥本身對(duì)人類及其他生物是有毒的，而且很多類型是不易生物降解的頑固性化合物。農(nóng)藥殘留很難降解，人們?cè)谑褂棉r(nóng)藥防止病蟲(chóng)草害的同時(shí)，也使糧食、蔬菜、瓜果等農(nóng)藥殘留超標(biāo)，污染嚴(yán)重，同時(shí)給非靶生物帶來(lái)傷害，每年造成的農(nóng)藥中毒事件及職業(yè)性中毒病例不斷增加[3～6]。同時(shí)，農(nóng)藥廠排出的污水和施入農(nóng)田的農(nóng)藥等也對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，破壞了生態(tài)平衡，影響了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，威脅著人類的身心健康。農(nóng)藥不合理的大量使用給人類及生態(tài)環(huán)境造成了越來(lái)越嚴(yán)重的不良后果，農(nóng)藥的污染問(wèn)題已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。因此，加強(qiáng)農(nóng)藥的生物降解研究、解決農(nóng)藥對(duì)環(huán)境及食物的污染問(wèn)題，是人類當(dāng)前迫切需要解決的課題之一。這些農(nóng)藥殘留廣泛分布于土壤、水體、大氣及農(nóng)產(chǎn)品中，難以利用大規(guī)模的工程措施消除污染。實(shí)際上，在自然界主要依靠微生物緩慢地進(jìn)行降解，這是依靠自然力量、不產(chǎn)生二次污染的理想途徑。但自然環(huán)境復(fù)雜多變，影響著農(nóng)藥生物降解的可否和效率。近年隨著對(duì)農(nóng)藥殘留污染問(wèn)題的重視，科學(xué)家們對(duì)農(nóng)藥生物降解進(jìn)行了大量的研究，但許多問(wèn)題需要進(jìn)一步探明。本文整理出了近年來(lái)對(duì)農(nóng)藥生物降解的研究進(jìn)展，提出存在的問(wèn)題，建議有效的研究途徑，旨在為加強(qiáng)農(nóng)藥的生物降解研究、解決農(nóng)藥對(duì)環(huán)境及食物的污染問(wèn)題提供依據(jù)。1

農(nóng)藥的微生物降解研究進(jìn)展1.1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上主要使用的農(nóng)藥類型當(dāng)前農(nóng)業(yè)上使用的主要有機(jī)化合物農(nóng)藥如表1所示。其中，有些已經(jīng)禁止使用，如六六六、滴滴涕等有機(jī)氯農(nóng)藥，還有一些正在逐步停止使用，如有機(jī)磷類中的甲胺磷等。表1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用農(nóng)藥種類簡(jiǎn)表[7]

類

型

農(nóng)藥品種

有機(jī)磷：敵百蟲(chóng)、甲甲胺磷、敵敵敵畏、乙酰甲甲胺磷、對(duì)硫硫磷、雙硫磷磷、樂(lè)果等

殺蟲(chóng)劑

有機(jī)氮氮：西維因、速速滅威、巴沙沙、殺蟲(chóng)脒等等有機(jī)氯：六六六、滴滴滴涕、毒殺殺芬等

殺螨劑

螨凈、殺殺螨特、三氯氯殺螨砜、螨螨卵酯、氯殺殺、敵螨丹等等

除草劑

2，44－D、敵稗、滅滅草靈、阿特特拉津、草甘甘膦、毒草胺胺等

殺菌劑

甲基硫硫化砷、福美美雙、滅菌丹丹、敵克松、克克瘟散、稻瘟瘟凈、多菌靈靈、葉枯凈等等生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑

矮矮壯素、健壯壯素、增產(chǎn)靈靈、赤霉素、縮縮節(jié)胺等人們發(fā)現(xiàn)，在自然生態(tài)系統(tǒng)中存在著大量的、代謝類型各異的、具有很強(qiáng)適應(yīng)能力的和能利用各種人工合成有機(jī)農(nóng)藥為碳源、氮源和能源生長(zhǎng)的微生物，它們可以通過(guò)各種謝途徑把有機(jī)農(nóng)藥完全礦化或降解成無(wú)毒的其他成分，為人類去除農(nóng)藥污染和凈化生態(tài)環(huán)境提供必要的條件。1.2降解農(nóng)藥的微生物類群土壤中的微生物，包括細(xì)菌、真菌、放線菌和藻類等[8，9]，它們中有一些具有農(nóng)藥降解功能的種類。細(xì)菌由于其生化上的多種適應(yīng)能力和容易誘發(fā)突變菌株，從而在農(nóng)藥降解中占有主要地位[8]。一在土壤、污水及高溫堆肥體系中，對(duì)農(nóng)藥分解起主要作用的是細(xì)菌類，這與農(nóng)藥類型、微生物降解農(nóng)藥的能力和環(huán)境條件等有關(guān)，如在高溫堆肥體系當(dāng)中，由于高溫階段體系內(nèi)部溫度較高（大于50℃），存活的主要是耐高溫細(xì)菌，而此階段也是農(nóng)藥降解最快的時(shí)期。通過(guò)微生物的作用，把環(huán)境中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等無(wú)毒無(wú)害或毒性較小的其他物質(zhì)[10，11]。通過(guò)許多科研工作者的努力，已經(jīng)分離得到了大量的可降解農(nóng)藥的微生物（見(jiàn)表2）。不同的微生物類群降解農(nóng)藥的機(jī)理、途徑和過(guò)程可能不同，下面簡(jiǎn)要介紹一下農(nóng)藥的微生物降解機(jī)理。1.3微生物降解農(nóng)藥的機(jī)理目前，對(duì)于微生物降解農(nóng)藥的研究主要集中于細(xì)菌上，因此對(duì)于細(xì)菌代謝農(nóng)藥的機(jī)理研究得比較清楚。表2

常見(jiàn)農(nóng)藥的降解微生物[11，12]農(nóng)

藥降

解

微

生

物甲胺磷芽孢桿菌、曲霉、青青霉、假單胞胞桿菌、瓶型型酵母阿特拉津（AT）煙曲霉、焦曲霉、葡葡枝根霉、串串珠鐮刀菌、粉粉紅色鐮刀菌菌、尖孢鐮刀刀菌、斜臥鐮鐮刀菌、微紫紫青霉、皺褶褶青霉、平滑滑青霉、白腐腐真菌、菌根根真菌、假單單胞菌、紅球球菌、諾卡氏氏菌幼脲3號(hào)真菌敵殺死產(chǎn)堿桿菌2，4－D假單胞菌、無(wú)色桿桿菌、節(jié)桿菌菌、棒狀桿菌菌、黃桿菌、生生孢食纖維菌菌屬、鏈霉菌菌屬、曲霉菌菌、諾卡氏菌菌、DDT無(wú)色桿菌、氣桿菌菌、芽孢桿菌菌、梭狀芽孢孢桿菌、埃希希氏菌、假單單胞菌、變形形桿菌、鏈球球菌、無(wú)色桿桿菌、黃單胞胞菌、歐文氏氏菌、巴斯德德梭菌、根癌癌土壤桿菌、產(chǎn)產(chǎn)氣氣桿菌、鐮鐮孢霉菌、諾諾卡氏菌、綠綠色木霉等丙體六六六白腐真菌、梭狀芽芽孢桿菌、埃埃希氏菌、大大腸桿菌、生生孢梭菌等對(duì)硫磷大腸桿菌、芽孢桿桿菌七

氯芽孢桿菌、鐮孢霉霉菌、小單孢孢菌、諾卡氏氏菌、曲霉菌菌、根霉菌、鏈鏈球菌敵百蟲(chóng)曲霉菌、鐮孢霉菌菌敵敵畏假單胞菌狄氏劑芽孢桿菌、假單胞胞菌艾氏劑鐮孢霉菌、青霉菌菌樂(lè)

果假單胞菌2,4,5-T無(wú)色桿菌、枝動(dòng)桿桿菌細(xì)菌降解農(nóng)藥的本質(zhì)是酶促反應(yīng)[13～15]，即化合物通過(guò)一定的方式進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，然后在各種酶的作用下，經(jīng)過(guò)一系列的生理生化反應(yīng)，最終將農(nóng)藥完全降解或分解成分子量較小的無(wú)毒或毒性較小的化合物的過(guò)程。如莠去津作為假單胞菌ADP菌株的唯一碳源，有3種酶參與了降解莠去津的前幾步反應(yīng)。第一種酶是AtzA，催化莠去津水解脫氯的反應(yīng)，得到無(wú)毒的羥基莠去津，此酶是莠去津生物降解的關(guān)鍵酶；第二種酶是AtzB，催化羥基莠去津脫氯氨基反應(yīng)，產(chǎn)生N－異丙基氰尿酰胺；第三種酶是AtzC，催化N－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[16]。微生物所產(chǎn)生的酶系，有的是組成酶系，如門(mén)多薩假單胞菌DR－8對(duì)甲單脒農(nóng)藥的降解代謝，產(chǎn)生的酶主要分布于細(xì)胞壁和細(xì)胞膜組分[5]；有的是誘導(dǎo)酶系，如王永杰等[17]得到的有機(jī)磷農(nóng)藥廣譜活性降解菌所產(chǎn)生的降解酶等。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(yuǎn)高于微生物本身，特別是對(duì)低濃度的農(nóng)藥，人們想利用降解酶作為凈化農(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(zhǎng)時(shí)間保持降解活性，而且酶在土壤中的移動(dòng)性差[8]，這都限制了降解酶在實(shí)際中的應(yīng)用。現(xiàn)在許多試驗(yàn)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[18]。通過(guò)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。因此，利用分子生物學(xué)技術(shù)，可以人工構(gòu)建“工程菌”來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)人類利用微生物降解農(nóng)藥的愿望。1.3.1微生物在農(nóng)藥轉(zhuǎn)化中的作用（1）礦化作用

有許多化學(xué)農(nóng)藥是天然化合物的類似物，某些微生物具有降解它們的酶系。它們可以作為微生物的營(yíng)養(yǎng)源而被微生物分解利用，生成無(wú)機(jī)物、二氧化碳和水。礦化作用是最理想的降解方式，因?yàn)檗r(nóng)藥被完全降解成無(wú)毒的無(wú)機(jī)物，如石利利等[19]研究了假單胞菌DLL－1在水溶液介質(zhì)中降解甲基對(duì)硫磷的性能及降解機(jī)理后指出，DLL-1菌可以將甲基對(duì)硫磷完全降解為NO2－和NO3－。（2）共代謝作用

有些合成的化合物不能被微生物降解，但若有另一種可供碳源和能源的輔助基質(zhì)存在時(shí)，它們則可被部分降解，這個(gè)作用稱為共代謝作用，這一作用最初是由Foster等[12]提出來(lái)的。如門(mén)多薩假單胞菌DR-8菌株降解甲單脒產(chǎn)物為2,4－二甲基苯胺和NH3，而DR-8菌株不能以甲單脒作為碳源和能源而生長(zhǎng)，只能在添加其他有機(jī)營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)作為碳源的條件下降解甲單脒，且降解產(chǎn)物未完全礦化，屬于共代謝作用類型[5]。關(guān)于共代謝的機(jī)理，現(xiàn)在還存在爭(zhēng)論。由于共代謝作用而推動(dòng)的頑固性人工合成化合物的降解一般進(jìn)行的較慢，而且降解程度很有限，參與共代謝作用的微生物不能從中獲得碳源和能源，但是自然界中還是廣泛存在著大量的具有共代謝功能的微生物，它們可以降解多種類型的化合物。共代謝作用在農(nóng)藥的微生物降解過(guò)程中發(fā)揮著主要的作用[5，17，20]。1.3.2微生物降解農(nóng)藥的生化反應(yīng)[10，12]氧化反應(yīng)

微生物體內(nèi)的氧化反應(yīng)包括：羥化反應(yīng)（芳香族羥化、脂肪族羥化、N－羥化）；環(huán)氧化；N－氧化；P－氧化；S－氧化；氧化性脫烷基、脫鹵、脫胺。還原反應(yīng)

還原反應(yīng)包括硝基還原、還原性脫鹵、醌類還原等。水解反應(yīng)

一些酯、酰胺和硫酸酯類農(nóng)藥都有可以被微生物水解的酯鍵，如對(duì)硫磷、苯胺類除草劑等。縮合和共軛形成

縮合包括將有毒分子或一部分與另一有機(jī)化合物相結(jié)合，從而使農(nóng)藥或其衍生物物失去活性。應(yīng)該指出，在微生物降解農(nóng)藥時(shí)，其體內(nèi)并不只是進(jìn)行單一的反應(yīng)，多數(shù)情況下是多個(gè)反應(yīng)協(xié)同作用來(lái)完成對(duì)農(nóng)藥的降解過(guò)程，如好氧條件下鹵代芳烴的生物降解，其鹵素取代基的去除主要通過(guò)兩個(gè)途徑發(fā)生：在降解初期通過(guò)還原、水解或氧化去除鹵素；生產(chǎn)芳香結(jié)構(gòu)產(chǎn)物后通過(guò)自發(fā)水解脫鹵或β－消去鹵化烴[6]。1.4影響微生物降解農(nóng)藥的因素1.4.1微生物自身的影響微生物的種類、代謝活性、適應(yīng)性等都直接影響到對(duì)農(nóng)藥的降解與轉(zhuǎn)化[21,22]。很多試驗(yàn)都已經(jīng)證明，不同的微生物種類或同一種類的不同菌株對(duì)同一有機(jī)底物或有毒金屬的反應(yīng)都不同[5，17，23，24]。另外，微生物具有較強(qiáng)的適應(yīng)和被馴化的能力，通過(guò)一定的適應(yīng)過(guò)程，新的化合物能誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生相應(yīng)的酶系來(lái)降解它，或通過(guò)基因突變等建立新的酶系來(lái)降解它[10]。微生物降解本身的功能特性和變化也是最重要的因素。1.4.2

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(duì)其降解的難易程度[25～28]。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(fù)合物更能抗生物降解[10]；空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的比結(jié)構(gòu)復(fù)雜的容易降解[24]。陳亞麗等[22]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，凡是苯環(huán)上有－OH或－NH2的化合物都比較容易被假單胞菌WBC-3所降解，這與苯環(huán)的降解通常先羥化再開(kāi)環(huán)的原理一致。Potter等[29]在小規(guī)模堆肥條件下研究了多環(huán)芳烴的降解后指出，2－4環(huán)的芳烴比5－6環(huán)的芳烴容易降解。自然界中的微生物通常可以降解天然產(chǎn)生的有機(jī)化合物，如木質(zhì)素、纖維素物質(zhì)等，從而促進(jìn)地球的物質(zhì)循環(huán)和平衡。但目前的環(huán)境污染物大多是人工合成的自然界中本身不存在的生物異源有機(jī)物質(zhì)，其中一些是對(duì)人類具有致畸、致突變和致癌作用，往往對(duì)微生物的降解表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗性，其原因可能是這些化合物進(jìn)入自然界的時(shí)間比較短，單一的微生物還未進(jìn)化出降解此類化合物的代謝機(jī)制。盡管某些危險(xiǎn)性化合物在自然界中可能會(huì)經(jīng)自然形成的微生物群體的協(xié)同作用而緩慢降解，但這對(duì)微生物世界來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。微生物通過(guò)改變自身的信息獲得降解某一化合物的能力的過(guò)程是緩慢的，與目前大量使用的人工合成的生物異源物質(zhì)相比，依靠微生物的自然進(jìn)化過(guò)程顯然不能滿足要求，因此長(zhǎng)期以往將會(huì)造成整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的失衡[6]。因此，研究一些可以使微生物群體在較短的時(shí)間內(nèi)獲得最大降解生物異源物質(zhì)能力的方法非常重要和迫切。1.4.3

環(huán)境因素的影響環(huán)境因素包括溫度、酸堿度、營(yíng)養(yǎng)、氧、底物濃度、表面活性劑等[10，30～33]。劉志培等[34]研究了甲單脒降解菌的分離篩選；程國(guó)鋒等[23]研究了微生物降解蔬菜殘留農(nóng)藥；鈔亞鵬等[15]研究了甲基營(yíng)養(yǎng)菌WB-1甲胺磷降解酶的產(chǎn)生和部分純化及性質(zhì)。他們所研究的微生物或其產(chǎn)生的酶系都有一個(gè)適宜的降解農(nóng)藥的溫度、pH及底物濃度，這與Thomas等[31]、DonnaChaw等[26]的研究結(jié)果一致。莫測(cè)輝等[24]指出，堆肥中微生物降解多環(huán)芳烴的活性與氧的濃度和水分含量密切相關(guān)，當(dāng)堆肥中氧的含量小于18%、水分含量大于75%時(shí)，堆肥就從好氧條件轉(zhuǎn)化為厭氧條件，進(jìn)而影響多環(huán)芳烴的降解效果。Hundt等[30]調(diào)查了biaryl化合物在土壤中和堆肥中被細(xì)菌Ralstonia和Pickettii的降解和礦化情況。在土壤水分適宜的條件下，非離子型表面活性劑吐溫80可增強(qiáng)微生物對(duì)biaryl類化合物的利用率，如聯(lián)苯、4－氯聯(lián)苯。Kastner等[35]認(rèn)為，在堆肥與被多環(huán)芳烴污染的土壤混合的情況下，堆肥中有機(jī)基質(zhì)含量對(duì)于農(nóng)藥降解的作用要大于堆肥中生物的含量對(duì)于農(nóng)藥降解的作用；營(yíng)養(yǎng)對(duì)于以共代謝作用降解農(nóng)藥的微生物更加重要，因?yàn)槲⑸镌谝怨泊x的方式降解農(nóng)藥時(shí)，并不產(chǎn)生能量，須其他的碳源和能源物質(zhì)補(bǔ)充能量[12]。對(duì)于好氧微生物來(lái)說(shuō)，在好氧條件下可以降解農(nóng)藥，而在厭氧條件下降解效果不好；而對(duì)于厭氧微生物來(lái)說(shuō)，情況可能正相反。也有研究指出在好氧條件下，有的厭氧細(xì)菌也可以代謝一些化合物[6]。1.5農(nóng)藥微生物降解的新技術(shù)和新方法1.5.1轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用20世紀(jì)后半葉是分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科迅速發(fā)展的時(shí)期，各種不同的生物學(xué)技術(shù)不斷涌現(xiàn)；同時(shí)在21世紀(jì)初，生物信息學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等新的學(xué)科迅速興起。這一切都為人工創(chuàng)造“超級(jí)農(nóng)藥降解菌”提供了必要的條件。因此，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)進(jìn)行目的性的人工組裝“工程菌”成為有魅力的發(fā)展目標(biāo)。同時(shí)，因?yàn)槲⑸锝到廪r(nóng)藥的本質(zhì)是酶促反應(yīng)，所以，有人直接提取微生物合成的酶系來(lái)離體進(jìn)行農(nóng)藥等有機(jī)化合物污染物的降解研究[15]。1.5.2多菌株復(fù)合系的構(gòu)建及應(yīng)用以往研究農(nóng)藥的生物降解偏重于用單一微生物菌株的純培養(yǎng)[17，23]，現(xiàn)在已經(jīng)證明，單一菌株的純培養(yǎng)效果不如混合培養(yǎng)。因?yàn)閱蝹€(gè)微生物不具備生物降解所需的全部酶的遺傳合成信息，而且它們?cè)陔y降解化合物中馴化的時(shí)間不足以進(jìn)化出完整的代謝途徑，同時(shí)許多純培養(yǎng)的研究發(fā)現(xiàn)，在生物降解過(guò)程中會(huì)有毒性中間物質(zhì)積累，因此徹底礦化通常需要一個(gè)或一個(gè)以上的營(yíng)養(yǎng)菌群（如發(fā)酵－水解菌群、產(chǎn)硫菌群、產(chǎn)乙酸菌群及產(chǎn)甲烷菌群等）。一種微生物降解一部分，經(jīng)過(guò)數(shù)種微生物的接力作用和協(xié)同作用，經(jīng)過(guò)多步反應(yīng)將有毒化合物完全礦化，微生物的群體作用更能抵抗生物降解中產(chǎn)生的有毒物質(zhì)[6]。筆者等利用菌種間協(xié)同關(guān)系構(gòu)建的復(fù)合系不僅高效率分解木質(zhì)纖維素，而且菌種組成長(zhǎng)期穩(wěn)定，不易被雜菌污染[36，37]，在此基礎(chǔ)上賦予農(nóng)藥分解功能的復(fù)合系對(duì)多種農(nóng)藥具有強(qiáng)烈的分解能力，其作用機(jī)理有待作進(jìn)一步的細(xì)致工作。關(guān)于混合培養(yǎng)中的微生物群落的代謝協(xié)同作用，至少可以將微生物群落分為7種：（1）提供特殊營(yíng)養(yǎng)物；（2）去除生長(zhǎng)抑制物質(zhì)；（3）改善單個(gè)微生物的基本生長(zhǎng)參數(shù)（條件）；（4）對(duì)底物協(xié)調(diào)利用；（5）共代謝；（6）氫（電子）轉(zhuǎn)移；（7）提供一種以上初級(jí)底物利用者[6]。另外，分子生態(tài)學(xué)技術(shù)的應(yīng)用證明，目前人類能夠分離純化的微生物種類及其有限，甚至自然界中99%的微生物目前無(wú)法純培養(yǎng)[38]，因而只有培育復(fù)合系才能包含這些重要而無(wú)法純培養(yǎng)的微生物種類。2

研究中存在的問(wèn)題雖然農(nóng)藥殘留的微生物降解研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，而且也有了一些應(yīng)用的實(shí)例，但研究大多局限在實(shí)驗(yàn)室中，農(nóng)藥降解菌完全走出實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用中還有一段路要走。農(nóng)藥微生物降解的問(wèn)題主要有以下幾方面。2.1單一菌株的純培養(yǎng)問(wèn)題以往的研究主要集中在單一菌株的純培養(yǎng)上，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)獲得純培養(yǎng)的菌株，然后研究它的特性、降解機(jī)理等。然而這一方法完全不符合實(shí)際情況，自然狀態(tài)下，是多種微生物共存，通過(guò)微生物之間的共同作用把農(nóng)藥降解。農(nóng)藥殘留往往存在于土壤、農(nóng)副產(chǎn)品、廢棄物等復(fù)雜環(huán)境中，即使在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一株菌的降解活性再大，到了這種復(fù)雜條件下可能無(wú)法生存或起不到期望的作用。2.2環(huán)境條件對(duì)微生物降解農(nóng)藥的影響外部環(huán)境對(duì)微生物生長(zhǎng)和對(duì)農(nóng)藥的降解影響很大，如環(huán)境的溫度、水分含量、pH、氧含量等，而自然環(huán)境中這些因素變化很大，這直接影響到微生物對(duì)農(nóng)藥的降解。如何克服環(huán)境的影響從而充分發(fā)揮目標(biāo)微生物的作用是需要解決的重大問(wèn)題。2.3微生物降解目標(biāo)化合物對(duì)降解的影響目標(biāo)化合物的濃度是否能使微生物生長(zhǎng)，另外，農(nóng)藥污染環(huán)境的化合物組分很不穩(wěn)定，波動(dòng)很大，這給以工程措施微生物降解農(nóng)藥化合物帶來(lái)困難。2.4微生物與被降解物接觸的難易程度被農(nóng)藥污染的環(huán)境有土壤、空氣、水體及蔬菜瓜果等，對(duì)于土壤和水體的污染，微生物很容易與污染物接觸，從而發(fā)揮它們的降解功能。但是，對(duì)于被農(nóng)藥污染的食品來(lái)說(shuō)，利用微生物降解殘留的農(nóng)藥很難，因?yàn)槲⑸餆o(wú)法與存在于物體內(nèi)部的殘留農(nóng)藥接觸，無(wú)法發(fā)揮它們的作用，而只能降解殘留在物體表面的部分。這種限制需要人們盡快解決，從而擴(kuò)大微生物降解農(nóng)藥的應(yīng)用范圍。2.5微生物的適應(yīng)性問(wèn)題所接種的微生物能否適應(yīng)污染的環(huán)境，這不僅包括上述提到的物理環(huán)境，還涉及到生物之間的關(guān)系。接種到環(huán)境中的微生物受到抑制物的影響，或者受到包括捕食者在內(nèi)的土著微生物的影響，甚至受到拮抗作用而不能生長(zhǎng)等，這些都可以造成接種的微生物不能成為優(yōu)勢(shì)菌從而失去對(duì)農(nóng)藥的降解作用。構(gòu)建多菌株復(fù)合系，具有穩(wěn)定性和抗污染性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但即使是多菌混合培養(yǎng)的復(fù)合系也同樣存在能否成為優(yōu)勢(shì)群體的問(wèn)題。3

堆肥法消除污染物現(xiàn)代城市生活垃圾、有機(jī)固體廢棄物、污泥中含有大量的有機(jī)污染物及重金屬，農(nóng)業(yè)有機(jī)固體廢棄物中也含有大量的殘留農(nóng)藥及其由于利用污水灌溉等可能導(dǎo)致的其他污染物。而堆肥法是消除這些污染，使有機(jī)固體廢棄物無(wú)害化、資源化和產(chǎn)業(yè)化的有效途徑之一。在堆肥過(guò)程中，通過(guò)堆肥體系中微生物的降解作用和揮發(fā)、瀝濾、光解、螯合和絡(luò)合等非生物方法消除污染物。堆肥法消除污染物主要有：（1）將被污染的物質(zhì)或污染物與堆肥原料一起堆制處理；（2）將污染物質(zhì)與堆制過(guò)的材料混合后進(jìn)行二次堆制；（3）在被污染的土壤中添加堆肥產(chǎn)品，利用堆肥中的微生物消除土壤污染[39]。所以，堆肥法既可以消除污染，又可得到高質(zhì)量的堆肥產(chǎn)品，對(duì)環(huán)境污染治理和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者在此方面做了大量研究且取得了一定的進(jìn)展[26，40～43]。將人工構(gòu)建微生物的復(fù)合體系，接種到農(nóng)藥污染土壤中，或利用活性的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物堆肥來(lái)改良已經(jīng)被污染的土壤是一個(gè)好辦法，因?yàn)榛钚远逊蕛?nèi)含有復(fù)合的微生物體系，在污染的土壤環(huán)境中更容易成為優(yōu)勢(shì)菌群。這就涉及到復(fù)合系的構(gòu)建，微生物復(fù)合系的構(gòu)建需要傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的方法相結(jié)合。從已有的堆肥體系中和已經(jīng)污染了的土壤環(huán)境中分別富集培養(yǎng)微生物，得到土著微生物的復(fù)合系和堆肥菌復(fù)合系，然后進(jìn)行復(fù)合微生物體系內(nèi)部各個(gè)組分的特性、功能和多樣性研究。菌株的抗藥性鑒定，再把各個(gè)有功能的組分重新復(fù)合，組成一個(gè)新的復(fù)合體系，這一復(fù)合系不僅具有強(qiáng)有力的功能，又更能適應(yīng)土著環(huán)境。直接應(yīng)用復(fù)合系治理土壤污染，或者利用復(fù)合系生產(chǎn)農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物堆肥來(lái)改良土壤。4

結(jié)

語(yǔ)很多研究已經(jīng)證明，在農(nóng)藥污染的一些環(huán)境中誘導(dǎo)出天然的降解農(nóng)藥的微生物，那么是否可以采取一些條件控制措施，充分調(diào)動(dòng)這些土著微生物的作用，盡量采用原位生物修復(fù)，而不用人為地接種微生物，這值得進(jìn)一步探討和研究。參考文獻(xiàn)1

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