摘要：綜述了在環境中降解農藥的微生物種類、微生物降解農藥的機理、在自然條件下影響微生物降解農藥的因素及農藥微生物降解研究方麵的新技術和新方法。文章認為，在農藥的微生物降解研究中，應重視自然狀態下微生物對農藥的降解過程，分離構建應由天然的微生物構成的複合係，利用微生物複合係進行堆肥或把堆肥應用於被汙染的環境是消除農藥汙染的一個有效方法。
關鍵詞：微生物 生物降解 農藥降解 農藥
20世紀60年代出現的第一次“綠色革命”為人類的糧食安全做出了重大貢獻，其中作為主要技術之一的農藥為糧食的增產起到了重要的保障作用。因為農藥具有成本低、見效快、省時省力等優點，因而在世界各國的農業生產中被廣泛使用，但農藥的過分使用產生了嚴重的負麵影響。僅1985年，世界的農藥產量為200多萬t[1]；在我國，僅1990年的農藥產量就為22.66萬t[2]，其中甲胺磷一種農藥的用量就達6萬t[3]。化學農藥主要是人工合成的生物外源性物質，很多農藥本身對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。農藥殘留很難降解，人們在使用農藥防止病蟲草害的同時，也使糧食、蔬菜、瓜果等農藥殘留超標，汙染嚴重，同時給非靶生物帶來傷害，每年造成的農藥中毒事件及職業性中毒病例不斷增加[3～6]。同時，農藥廠排出的汙水和施入農田的農藥等也對環境造成嚴重的汙染，破壞了生態平衡，影響了農業的可持續發展，威脅著人類的身心健康。農藥不合理的大量使用給人類及生態環境造成了越來越嚴重的不良後果，農藥的汙染問題已成為全球關注的熱點。因此，加強農藥的生物降解研究、解決農藥對環境及食物的汙染問題，是人類當前迫切需要解決的課題之一。
這些農藥殘留廣泛分布於土壤、水體、大氣及農產品中，難以利用大規模的工程措施消除汙染。實際上，在自然界主要依靠微生物緩慢地進行降解，這是依靠自然力量、不產生二次汙染的理想途徑。但自然環境複雜多變，影響著農藥生物降解的可否和效率。近年隨著對農藥殘留汙染問題的重視，科學家們對農藥生物降解進行了大量的研究，但許多問題需要進一步探明。本文整理出了近年來對農藥生物降解的研究進展，提出存在的問題，建議有效的研究途徑，旨在為加強農藥的生物降解研究、解決農藥對環境及食物的汙染問題提供依據。
1 農藥的微生物降解研究進展
1.1 農業生產上主要使用的農藥類型
當前農業上使用的主要有機化合物農藥如表1所示。其中，有些已經禁止使用，如六六六、滴滴涕等有機氯農藥，還有一些正在逐步停止使用，如有機磷類中的甲胺磷等。
表1 農業生產中常用農藥種類簡表[7]
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類 型 農 藥 品 種 |
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有機磷：敵百蟲、甲胺磷、敵敵畏、乙酰甲胺磷、對硫磷、雙硫磷、樂果等 |
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殺蟲劑 有機氮：西維因、速滅威、巴沙、殺蟲脒等 |
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有機氯：六六六、滴滴涕、毒殺芬等 |
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殺蟎劑 蟎淨、殺蟎特、三氯殺蟎碸、蟎卵酯、氯殺、敵蟎丹等 |
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除草劑 2，4－D、敵稗、滅草靈、阿特拉津、草甘膦、毒草胺等 |
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殺菌劑 甲基硫化砷、福美雙、滅菌丹、敵克鬆、克瘟散、稻瘟淨、多菌靈、葉枯淨等 |
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生長調節劑 矮壯素、健壯素、增產靈、赤黴素、縮節胺等 |
人們發現，在自然生態係統中存在著大量的、代謝類型各異的、具有很強適應能力的和能利用各種人工合成有機農藥為碳源、氮源和能源生長的微生物，它們可以通過各種謝途徑把有機農藥完全礦化或降解成無毒的其他成分，為人類去除農藥汙染和淨化生態環境提供必要的條件。
1.2 降解農藥的微生物類群
土壤中的微生物，包括細菌、真菌、放線菌和藻類等[8，9]，它們中有一些具有農藥降解功能的種類。細菌由於其生化上的多種適應能力和容易誘發突變菌株，從而在農藥降解中占有主要地位[8]。一在土壤、汙水及高溫堆肥體係中，對農藥分解起主要作用的是細菌類，這與農藥類型、微生物降解農藥的能力和環境條件等有關，如在高溫堆肥體係當中，由於高溫階段體係內部溫度較高（大於50 ℃），存活的主要是耐高溫細菌，而此階段也是農藥降解最快的時期。通過微生物的作用，把環境中的有機汙染物轉化為CO2和H2O等無毒無害或毒性較小的其他物質[10，11]。通過許多科研工作者的努力，已經分離得到了大量的可降解農藥的微生物（見表2）。不同的微生物類群降解農藥的機理、途徑和過程可能不同，下麵簡要介紹一下農藥的微生物降解機理。
1.3 微生物降解農藥的機理
目前，對於微生物降解農藥的研究主要集中於細菌上，因此對於細菌代謝農藥的機理研究得比較清楚。
表2 常見農藥的降解微生物[11，12]
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農 藥 |
降 解 微 生 物 |
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甲胺磷 |
芽孢杆菌、曲黴、青黴、假單胞杆菌、瓶型酵母 |
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阿特拉津（AT） |
煙曲黴、焦曲黴、葡枝根黴、串珠鐮刀菌、粉紅色鐮刀菌、尖孢鐮刀菌、斜臥鐮刀菌、微紫青黴、皺褶青黴、平滑青黴、白腐真菌、菌根真菌、假單胞菌、紅球菌、諾卡氏菌 |
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幼脲3號 |
真菌 |
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敵殺死 |
產堿杆菌 |
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2，4－D |
假單胞菌、無色杆菌、節杆菌、棒狀杆菌、黃杆菌、生孢食纖維菌屬、鏈黴菌屬、曲黴菌、諾卡氏菌、 |
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DDT |
無色杆菌、氣杆菌、芽孢杆菌、梭狀芽孢杆菌、埃希氏菌、假單胞菌、變形杆菌、鏈球菌、無色杆菌、黃單胞菌、歐文氏菌、巴斯德梭菌、根癌土壤杆菌、產氣氣杆菌、鐮孢黴菌、諾卡氏菌、綠色木黴等 |
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丙體六六六 |
白腐真菌、梭狀芽孢杆菌、埃希氏菌、大腸杆菌、生孢梭菌等 |
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對硫磷 |
大腸杆菌、芽孢杆菌 |
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七 氯 |
芽孢杆菌、鐮孢黴菌、小單孢菌、諾卡氏菌、曲黴菌、根黴菌、鏈球菌 |
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敵百蟲 |
曲黴菌、鐮孢黴菌 |
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敵敵畏 |
假單胞菌 |
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狄氏劑 |
芽孢杆菌、假單胞菌 |
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艾氏劑 |
鐮孢黴菌、青黴菌 |
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樂 果 |
假單胞菌 |
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2,4,5-T |
無色杆菌、枝動杆菌 |
細菌降解農藥的本質是酶促反應[13～15]，即化合物通過一定的方式進入細菌體內，然後在各種酶的作用下，經過一係列的生理生化反應，最終將農藥完全降解或分解成分子量較小的無毒或毒性較小的化合物的過程。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。第一種酶是A tzA，催化莠去津水解脫氯的反應，得到無毒的羥基莠去津，此酶是莠去津生物降解的關鍵酶；第二種酶是A tzB，催化羥基莠去津脫氯氨基反應，產生N－異丙基氰尿酰胺；第三種酶是A tzC，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]。微生物所產生的酶係，有的是組成酶係，如門多薩假單胞菌DR－8對甲單脒農藥的降解代謝，產生的酶主要分布於細胞壁和細胞膜組分[5]；有的是誘導酶係，如王永傑等 [17]得到的有機磷農藥廣譜活性降解菌所產生的降解酶等。由於降解酶往往比產生該類酶的微生物菌體更能忍受異常環境條件，酶的降解效率遠高於微生物本身，特別是對低濃度的農藥，人們想利用降解酶作為淨化農藥汙染的有效手段。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，而且酶在土壤中的移動性差[8]，這都限製了降解酶在實際中的應用。現在許多試驗已經證明，編碼合成這些酶係的基因多數在質粒上，如2，4－D的生物降解，即由質粒攜帶的基因所控製[18]。通過質粒上的基因與染色體上的基因的共同作用，在微生物體內把農藥降解。因此，利用分子生物學技術，可以人工構建“工程菌”來更好地實現人類利用微生物降解農藥的願望。
（1）礦化作用 有許多化學農藥是天然化合物的類似物，某些微生物具有降解它們的酶係。它們可以作為微生物的營養源而被微生物分解利用，生成無機物、二氧化碳和水。礦化作用是最理想的降解方式，因為農藥被完全降解成無毒的無機物，如石利利等 [19]研究了假單胞菌DLL－1在水溶液介質中降解甲基對硫磷的性能及降解機理後指出，DLL-1菌可以將甲基對硫磷完全降解為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存在時，它們則可被部分降解，這個作用稱為共代謝作用，這一作用最初是由Foster等[12]提出來的。如門多薩假單胞菌DR-8菌株降解甲單脒產物為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，隻能在添加其他有機營養基質作為碳源的條件下降解甲單脒，且降解產物未完全礦化，屬於共代謝作用類型[5]。關於共代謝的機理，現在還存在爭論。由於共代謝作用而推動的頑固性人工合成化合物的降解一般進行的較慢，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。共代謝作用在農藥的微生物降解過程中發揮著主要的作用[5，17，20]。
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