土壤农药污染的微生物修复研究进展

黄红艳，刘九成

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州 215163）

1 引言

土壤中的农药对农作物、及地下水会产生不良影响，并通过食物链富集到人体和动物中，危及人类健康。微生物修复是指利用微生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全地恢复到原初状态的过程。相比于传统的物理、化学修复方法，微生物修复的终产物大都是无害的、稳定的物质，且处理时间短、避免了污染物转移，因此利用微生物对农药污染的土壤进行生物修复已经成为土壤修复领域的研究热点之一。

2 用于生物修复的微生物类群

根据来源不同可以把起作用的微生物分为3类：土著微生物，外来微生物和基因工程菌[1]。实际的生物修复中应用的大多是土著微生物，相对于外来微生物和基因工程菌来说，土著微生物更好地适应环境，数量多，降解力强。当土壤中的土著微生物不能满足需求时，就需要在污染的土壤中接种高效、改良的外来微生物组来提高对农药的降解效果。随着生物工程技术的飞速发展，构建更高效的修复污染土壤的基因工程菌也引起了人们极大的兴趣，科学家正尝试着利用基因工程把不同的降解基因移植到同一菌株中，创造出了具有多种降解功能的超级微生物[2]。

3 微生物对土壤农药污染的修复机理

微生物对农药降解较为复杂，包含多种不同类型的生物化学反应，其作用方式可分为酶促反应与非酶促反应。酶促反应主要包括水解、脱卤、氧化、硝基还原、甲基化与去甲基化；非酶促反应通过微生物的活动改变物理和化学环境如pH，或产生某些辅助因子间接作用于农药，促进农药的转化，主要有矿化、共代谢、生物浓缩等。农药的微生物降解复杂多样、很多属于共代谢类型，所谓共代谢是指有些难以降解的化合物不能被完全矿化利用，降解菌必须从其他底物获得大部分碳源和能源。

4 微生物修复土壤农药污染的研究进展

常见的能够降解农药的微生物主要有芽胞杆菌、假单胞菌、产碱杆菌、无色杆菌、大肠杆菌、棒状杆菌、黄杆菌、诺卡氏菌、霉菌等，实际应用中常采用施用混合菌株、施用降解菌酶提取物以及构建工程菌3种方法进行农药降解[3]。采用以有机氯农药作为唯一碳源的Tonomura培养基从受六六六和DDT污染的土壤中分离筛选得到能降解六六六和DDT的混合菌株并应用于盆栽试验和田间试验，发现有效的降解效应。南京农业大学已成功分离到高效农药残留降解菌株达500多株，建立起国内最大菌种库，进行了累计几千次田间小试验和数十次中试规模试验，并将技术产品应用于水稻、韭菜、小青菜、芦笙、冬枣等农产品和各种性质的农田土壤的农药污染原位修复，其农药降解率在80%以上，修复效果显著。

近年植物-微生物联合修复取代单一的微生物修复或植物修复，成为农药污染土壤修复领域的研究热点。植物根系为微生物提供生长发育所需的营养来源，促进根际微生物的生长代谢，，从而提高微生物降解农药残留物的活性；此外，微生物与植物形成菌根，促进植物生长，提高植物耐受性，提高修复效率。利用现代生物技术构建的高效基因工程菌可以显著提高污染效果修复，为解决生物修复周期长等问题提供了崭新的途径。Wilfred Chen构建的带有有机磷水解酶基因的工程大肠杆菌能够快速降解有机磷农药。沈标等采用三亲接合法成功地将带有l u x A B基因的Pt r102质粒转入甲基1605降解菌DLL-1中，获得的接合子荧光非常强，而且标记质粒非常稳定。此外除草剂2,4-D降解质粒、阿拉特津降解酶基因等已成功地克隆表达。但由于诸多因素的限制，目前绝大部分工作尚处在实验室批实验和模拟实验阶段，达到现场应用程度的成熟方法很少。

5 前景展望

随着基因工程和分子生物学的发展，基因工程菌的构建为土壤污染修复提供了更加广阔的空间，科研工作者开始尝试采用基因重组技术构建高效工程菌，将表达高效降解农药的酶的基因或重金属抗性基因构建到载体中，经转化获得高效降解工程菌，从而提高降解效率。寻找极端环境下生存的微生物亦引起了人们广泛的关注，开发极端环境的微生物资源用于污染土壤的修复也有着广阔的前景。从发展趋势来，今后的研究重点将会朝着微生物修复技术的深入开发、修复机理的深化、联合修复以及基因工程菌的开发方面发展。随着人们对微生物修复机理更为深入而透彻的了解和生物工程技术的发展，有关微生物修复方面的研究必将会取得更大的进展，微生物在修复土壤污染方面潜力将会得到更充分的体现。

[1]张从,夏立江.污染土壤生物修复技术.北京:中国环境科学出版社,2000，51~55

[2]Lobos J H,Leib T K,Su T M.Biodegradation of biphenols a and other bisphenols by gram-negative aerobic bacterium.Applied&Environental Microbiology,1992,58(6):1823~1831

[3]江春玉,盛下放,何琳燕,等.一株铅镉抗性菌株WS34的生物学特性及其对植物修复铅镉污染土壤的强化作用．环境科学学报，2008,28(10):1961~1968