有机磷农药微生物降解的研究进展

李春琴，魏淑梅，王瑞兵，常国华，孙海丽

(兰州城市学院 地理与环境工程学院，甘肃 兰州 730000)

1 有机磷农药降解的研究背景

1.1 农药

我国人口众多，农作物产量居于世界首位，但是农药的生产和使用量也位于世界首位，随着科学技术的发展，我国农药市场也迅速发展。农药既是杀虫剂，又是植物生长调节剂，人们为了提高农作物的产量增加个人收入，越来越多的农药被连年用于自然环境中，造成了严重的环境污染，打破生态系统的平衡，还会残留在生物体内引起食物中毒。

1.2 有机磷农药

属有机磷酸脂类化合物的有机磷农药(OPs)是最主要的一种杀虫剂和除草剂，有机氯农药由于在环境中残留时间长、不易分解且毒性大，在我国限用以后，有机磷农药就成为生产最多、使用最多的一种农药，该农药在环境中降解快、残毒低，而且具有成本低、药效高、种类多、药害小、选择性高、治理范围广、比有机氯农药容易降解等优点，所以我国大量、反复使用这种高毒农药来提高效益。但是有机磷农药具有蓄积性、持久性、半挥发性和高毒性[1]等特点，由于人们盲目的反复滥用该农药，不仅造成了环境污染，还使各类农产品的农药残留量严重超标，更会通过呼吸道、消化道、粘膜和皮肤进入人体体内，使人类发生中毒。所以，找到一种能安全可靠、无毒无害的有机磷农药降解措施是刻不容缓的。

2 有机磷农药的降解方法

目前，降解农药的方法主要有化学降解(Fenton法、O3法、H2O2法、临界水氧化法等)、光化学降解(光催化氧化、光激发氧化、光敏华氧化)、电离辐射、洗涤剂、超声波、生物降解[2]。与生物降解方法相比，其他几种降解方法对农药的降解效果比较明显，但是这几种方法成本高、易造成二次污染，不是最理想降解有机磷农药的方法。

近年来，生物降解法广泛受国内外学者的青睐，具有成本低、安全有效、无毒无害、无二次污染等显著且不可替代的优势[3]。然而，考虑到农药在自然环境中残留的复杂性和多样性，微生物对有机磷农药的修复效果可能还不是很好，所以得靠植物体系来实现。实验结果表明，这种植物和微生物联合起来对有机磷农药的修复效果更好，不过这种联合修复的效果可能受到多种因素的影响，如土壤含水量、植物密度、植物须根的生长特点、微生物的数量等，所以需进一步研究。林璀等[4]用植物和微生物联合的修复技术研究了其对有机磷农药(毒死蜱)污染的土壤的降解效果。研究表明，在高丹草、多花黑麦草和紫花苜蓿三种植物中，高丹草因其须根发达，与DSP-A降解菌(农药厂污泥中筛选得到)联合后对毒死蜱污染土壤的修复效果最好，降解率可达96.44%，多花黑麦草因其须根只密布表土，所以降解效果没有高丹草好，但降解率也能达到93.56%，而紫花苜蓿因其生长期较长，所以降解效果在三种植物中是最差的。并且发现，植物和微生物联合对毒死蜱污染土壤的降解效果比单一微生物或单一植物的降解效果都要好。

3 降解有机磷农药的微生物

3.1 降解有机磷农药的微生物筛选及分类鉴定

筛选有机磷农药降解菌的方法有多种，可从受污染的环境中采集样品后直接筛选或经富集培养、平板划线等方法获得，可对优良菌种进行定向培育进而筛选分离获得，也可进行诱变育种获得新的高效降解菌等[5]。

对筛选出来的降解菌株主要有三种分类鉴定方法。一是菌落形态及显微结构观察(将降解菌涂布于琼脂培养基上观察菌落形态，并用结晶紫染色观察菌种结构)。二是生理生化鉴定(按照《常见细菌系统鉴定手册》以及该鉴定手册中的鉴定指标进行鉴定)。三是分子鉴定(16S rDNA序列测定分析)。

张六六等[6]从有机磷农药生产厂的污水处理池、排污口及其周边受到污染的地区和经常使用有机磷农药的农田地区的土壤中分离出能高效降解有机磷农药氧化乐果的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显。进一步研究发现，JWDP-16菌株对氧化乐果的降解效果最好，其降解率可以达到59.80%，并且该菌株对9种有机磷农药(甲拌磷、甲胺磷、对硫磷、毒死蜱、敌敌畏等)都有较好的降解效果。通过多步鉴定，确定微生物菌株JWDP-16为枯草芽孢杆菌。

陈健等[7]从农药污染的农田土壤中，经过初筛和复筛得到了长势较好、性状较稳定的五柱菌株，分别是不动杆菌属(D5-2)、剑菌属(JZ1)、芽孢杆菌属(L0)、乳杆菌属(M1)和微球菌属(M2)微生物，而且研讨了这几种微生物菌株对甲拌磷、对硫磷等有机磷农药的降解特点及其影响因素，以及剑菌属(JZ1)微生物对有机磷农药甲拌磷的降解机理的研究，发现该菌株对有机磷农药的降解效果很好。研究表明，有机磷农药的微生物降解技术具有很大的应用价值和实践意义，这是一种有待研究开发的降解方法。

段海明[8]研究表明，从农药企业的生产车间和废水处理池的污泥中筛选分离出能高效降解毒死蜱、甲基对硫磷到3株降解菌(HY-1、HY-2、HY-4)，通过菌落形态及显微结构观察、生理生化鉴定和分子鉴定三种鉴定方法，确定3株降解菌均为蜡状芽孢杆菌。

3.2 降解有机磷农药的微生物种类

目前，国内外学者对微生物降解有机磷农药这一方面很重视，现已筛选分离出很多具有能够降解有机磷农药能力的微生物，包括细菌、真菌、放线菌和藻类等微生物。其中有关细菌(适应能力强、易诱发突变)降解有机磷农药的相关研究最多，真菌和放线菌次之，藻类比较少[9]。

4 微生物降解有机磷农药的机理

微生物降解有机磷农药的机理有酶促反应和非酶促反应两大类，大多数降解是酶促反应，即微生物通过依靠氧化还原酶类、水解酶类、裂解酶类和转移酶类直接作用于有机磷农药，使有机磷农药中的P-O键、P-S键、P-N键断裂，达到能够降解有机磷农药的目标，其降解形式主要有水解、合成、氧化、还原、脱氢、脱羧、脱卤、缩合、异构化等几种类型。

非酶促反应机理为：微生物通过自身的活动使环境条件发生变化或结合环境中其他物质而间接将有机磷农药分解为水和二氧化碳等无机物，进而起到降解有机磷农药的作用，其降解方式主要有矿化作用、共代谢作用、种间协同代谢作用三种类型[10]。

5 结语

尽管使用农药能够提高农作物产量，给广大农民带来收益，但同时也会危害人体健康、给环境带来严重污染。我国坚持可持续发展，所以在以后生活中一定要控制农药的使用量，并且要合理适量的使用，将农药对环境和人类造成的危害降到最低。

目前，有机磷农药的微生物修复技术的发展前景十分广阔，这是一种经济高效、安全实用、无二次污染的降解技术，随着这方面更深入的研究，微生物将会对科学发展具有重要的现实意义，会在有机磷农药的降解方面发挥更大的积极作用。