土壤农药微生物降解综述

任可心，陈兰英，白志勇，肖娟

（四川省南充市西华师范大学 环境科学与工程学院，四川 南充 637000）

1 农药的危害

农药施用后，其中一部分在弄作物上使食品受到农药污染，另一部分则留存于土壤、水体中造成污染对人类生活的环境造成影响，甚至可能散逸到空气中造成大气污染，因此农药污染无处不在，且农药作为一种人工合成产品，难以被天然分解。农药的主要危害包括，诱发人途长期慢性病症，导致人类大脑功能紊乱，诱发一些无法医治的疾病，比如帕金森综合征及部分心脑血管疾病等。潘小琴等研究表明，目前使用的多种农药，对人类胚胎及胎儿发育具有一定副作用，多种农药的同时使用能发生交互作用，对胎儿发育产生不良的联合效应[1]。

2 农药的降解

农药作为人工合成的生物外源性物质，通常不易被微生物分解，在自然界中半衰期较长[2]，农药降解是指经由物理、化学、生物等各种手段方法，把农药中对人体和环境的有害成分分解为无害成分的过程，近年来，人们发现微生物包括细菌、真菌、放线菌、藻类等都能够较好地降解农药，但有些农药在微生物分解的过程中会产生毒性很大的中间产物，因此，在研究农药微生物降解的过程中，不仅要注意农药本身的毒性降低，而且也要注意其中间产物的毒性，如何培养、筛选高效的降解菌株就成为了学界的广泛关注的问题和热点方向。

3 微生物降解农药的发展

微生物是农药残留降解的重要方式，早在上世纪80年代，人们就首次从污染物中分离出了能够降解含氯有机物的厌氧微生物。与此同时，研究学者还通过对固化微生物的研究，发现了一种新型生物技术，它是游离细胞和酶被固定在限定区域内，并使其保持活性和可重复利用性，其特点是保持菌种高效，二次污染小[3]。迄今为止，各国研究人员已从土壤、污泥、生活垃圾等环境中分离到了能够有效降解农药残留的微生物，科学家们基于农药的物理化学性质，利用微生物的矿化和共代谢作用来降解农药残留物，从而将环境中的有毒物质进行分解，从而转化成无毒物质。如今，随着分子生物技术和基因重组技术的研究深入发展，科学家们对微生物的降解作用已经了解得越来越透彻，微生物降解已经成为农药降解过程中最重要的技术之一[4]。

4 降解农药的微生物种类

土壤中的细菌、真菌、放线菌、藻类等都具有讲解农药的功效，其中细菌由于其基因突变性较强，容易诱导多种突变菌株从而有更强的适应能力，因此被广泛运用于农药降解。但因农药大多是通过人工加工合成的产物，自然界中已存在的微生物还没有进化出一套能够降解复合农药的生物机制，因此现代农药，特别是复合农药对于微生物降解往往表现出很强的抗性，这需要不同的微生物群体协同作用，从而在最短时间内获得最大的降解效率。

5 微生物降解农药的机理

微生物降解农药的机理主要有两类，其中矿化作用是指微生物将土壤中的农药残留作为生长基质，利用农药残留中的有机物作为能量，通过呼吸作用将农药中的有机物转化成CO2、H2O等无毒的无机物。共代谢作用是指当微生物不能将农药分解彻底时，向农药残留中加入微生物可利用的碳源，从而促进微生物生长，从而对农药进行彻底分解。

5.1 微生物降解途径

5.1.1 酶促反应

微生物在生命活动中，能够分泌作用于农药残留的各种酶，通过酶发生一系列复杂的氧化、还原、水解、合成等反映，通过酶促反映来降解农药。此外，由于降解酶比分泌该酶的微生物更能够忍受极端环境，因此还可通过微生物培养的方法，合成、提取相应的降解酶，并将其加入农药残留进行分解，这种方法的降解效率更高，但酶在土壤中更容易受到环境因子的改变的影响而失活，因此很难保持长时间的的活性，必须源源不断地加入酶进行反应，加之与微生物相比，降解酶的移动性较差，这些也限制了降解酶在农药降解中的运用。

5.1.2 非酶促反应

微生物的活动促使土壤环境的物理、化学、生物特性发生了改变，例如PH、酸碱度、含水量、氧化还原环境等，从而降解农药，或微生物分泌产生的某些代谢物辅助促进了农药的转化分解。

5.1.3 多菌株复合体系

在农业技术发展的带动下，农业生产中常常不再是施用单一农药，而是多种类型的农药混合使用，这使得需要降解的农药残留成分具有复杂性，对于仅能降解其中一种类型农药的微生物而言，想要获得良好的降解效果，就必须构建多菌株复合体系，通过多种微生物的协同作用，增强菌株的稳定性和抗污染性，提高农药降解效率，适应更加复杂多变的土壤环境，同时对一些成分复杂、难以降解的农药也产生了巨大效果，从而可以提升微生物对于农药残留的降解率。

5.2 影响微生物农药降解的因素

5.2.1 微生物自身的特性

微生物的基因构造、环境适应性、生物活性等都将影响它对农药降解和转化结果，实验证明不同种类的微生物或同种微生物的不同菌株对农药的降解效果存在显著差异，目前还没有发现能降解所有农药的微生物，因此要根据农药特性选择相应的微生物对其进行降解转化。此外，微生物还具有较强的适应和驯化能力，可以通过人工选择不同基因片段，控制基因表达的方式来提高农药降解速率。

5.2.2 农药的特性

农药自身的化合物组成、PH、浓度、分子量等也将影响微生物降解。一般来说，组成成分越复杂的农药越难降解，这种农药往往需要多种微生物的协同作用来降解转化，农药成分中分子量高、空间结构复杂的化合物更难降解，农药聚合物、复合物比成分简单的单一农药更难降解，此外农药化合物中的取代基也会影响降解效果。因为现代农业实际中，往往施用的是成分复杂、分子量高的农药，因此可以通过选择不同微生物，先将他们降解成为成分简单、分子量低的成分，再进行下一步降解转化，最终彻底分解成为CO2、H2O等无机物。

5.2.3 环境因素

除了微生物及农药自身特性外，土壤环境的物理、化学、生物因素也是影响微生物农药降解的重要因素。土壤的各种环境因素包括：土壤PH值、土壤颗粒大小、透气性、含水量、氧化还原环境等，极端的土壤环境不但会影响微生物的生存，也会使酶失活。因此，这些环境条件既会影响微生物分泌酶的过程，也会影响酶的活性，从而影响农药降解[5]。

5.3 微生物农药降解的研究进展

目前微生物农药降解技术已经得到了较大的发展，通过实验室的分离筛选各种能够降解农药的微生物菌株已经相继获得[6]。但目前该技术仍面临降解率低、时间长等问题。且研究大多仅限于实验室研究，在现实环境中，由于受到污染环境原有菌群、PH、温度、湿度、通气条件、浓度等多种条件的综合影响，降解菌株的生长及效用可能会受到拮抗而导致其在该环境中不能长期生存，因此还要根据不同的施用条件正确选择菌株。虽然这些问题还有待进一步研究，但微生物降解农药的应用前景乐观，目前国内也已经有“农药残留降解菌剂”的专利问世，将来这些问题的解决必将推动微生物降解技术走向更加广泛的应用领域[7-8]。

6 展望

近年来，由于人民生活水品和健康意识的不断提高，农残留问题引起了大家的广泛关注，因农药残留问题引发的食物中毒事件也屡见不鲜，利用具有多种微生物类群及菌株进行农药残留的降解已成为现代农业发展和环境保护的必然趋势，复合的微生物类群及菌株更加接近自然界中微生物相互作用的协同关系，通过人工构建微生物的复合体系，并使其作用于农药污染土壤中是改良已经被污染土壤的一个高效的方法。在未来的发展中，微生物降解农药的技术还需要进一步的研究和开发。例如开发高效的农药降解菌，菌种混合培养，制备降解酶等多种方式，不断实验，对微生物降解技术进行改进，从而推动农业和环境的协同、健康发展[9]。