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第14卷第2期
环境科学研究
R esearch o f Environ m ental s ciences
V o l .14，N o.2，2001
常见农药降解微生物研究进展及展望
郑金来，李君文，晁福寰
（军事医学科学院卫生学环境医学研究所，天津300050）
摘要：农药是一类重要的环境污染物，已经造成了严重的全球性环境污染，笔者综述了降解常见农药的微生物及其机理，并指出分子生物学技术将是治理农药污染的一个有效手段。关键词：农药；微生物；高效降解中图分类号：X 172
文献标识码：A
文章编号：（1001-69292001）02-0062-03
Advance and pr os P ect o f m i cr oor 9ani sm de 9r adi n 9Common pes ti c i de
Z~ENGJi n-lai ，L I Jun-w en ，C~AOFu-huan
（I nstitute o f ~yg iene and Environ m ental M ed ici ne ，A cade m y o f M ilitar y M ed ical s cience ，T ian j i n 300050，Ch i na ）Abstract ：.pestici de is a ki nd o f i m p ortant environ m ental p o llutants and has led to serious g lobal environ m ental p o llution. T h is p a p er review ed t he m icroor g an is m s ca p ab le o f de g rad i n g comm on p estici des and t he ir m echan is m s. M o lecular b io techno lo gy is su gg ested to be an i m p ortant m eans to treat p estici de p o llution.
K e y words ：icroor g an is m ；h i g h l y eff ective de g radation p estici de ；m
有机磷、有机氯等农药的开发与应用为人类战胜病虫害、提高农作物的产量开辟了广阔的前景。但是，由于农药对人等非靶生物的直接和间接毒性效应，已经破坏了生态平衡，造成了严重的全球性环境污染。因误食残留有农药的食品而导致中毒或致死的事件时有发生。
生物修复（B 是近十年来发展起来的用于iore m ed iation ）治理环境污染的一门新技术，它主要是通过微生物的作用，将环境中的有机污染物转化为CO 2和~2O 等无毒无害或毒性较小的物质。生物修复是目前治理环境污染的有效途径，对于治理农药造成的污染也是如此。农药作为人工合成的生物外源性物质，通常不易被微生物降解，在自然界中半衰期非常长，故称之为顽固性化合物（R ecalcitrants ）。但是经过长期自然选择，已经有很多微生物可以降解农药。笔者就常见农药的降解微生物及其降解机理作一综述。
种类和数量往往会影响农药的微生物可降解性。值得注意的是，农药的微生物降解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，这样的过程就叫做共代谢，如门多萨假单孢菌DR8菌株对单甲脒的降解代谢。研究发现，DR8菌株不能利用单甲脒作为生长的唯一碳源，
但在有葡萄糖存在的情况下，该DR8菌株可以降解单甲脒，
［21］菌株对单甲脒的降解就属于共代谢作用。
用于杀死阔AT 是s-三嗪类除草剂中最重要的一种，叶杂草，AT 除了能够有效地抑制植物的光合作用和生长外，
2+还会导致鱼体内C a 2+和M 损g 等无机离子浓度显著下降、害小鼠或人的淋巴细胞。据估计，1980! 1990年间美国每年
释放的AT 就高达3600万t 。由于大量生产，广泛应用，AT 已经造成了严重的全球性生态问题。研究发现，环境中AT 的微生物降解一般需经3个过程：脱去己基或异" 脱烷基，
［］
丙基；脱去2位上的氯，以羟基代之；#水解，$开环2! 3。不同的微生物降解AT 的能力、降解过程略有不同，参与降解的酶也有不同，如白腐真菌的降解酶与木质素降解系统有关，该系统主要包括一些过氧化酶，红球菌的降解酶可能与细胞色素p450有关。
农药降解基因大部分定位于质粒上，目前，已经分离到了一些能够降解农药的质粒，如，2，4-D 质粒和六六六质粒等。而假单孢菌192，195，s 55菌株降解AT 的酶可能定位于细菌染色体上。
1
常见农药的降解微生物及其降解机理
大量研究证实土壤和水环境的农药降解中微生物起着
重要的作用，迄今为止，科研工作者通过富集培养等技术发现了许多能够降解农药的微生物，见表1。
微生物对农药的降解作用主要是通过一系列水解方式进行的，如荧光假单孢菌对于对硫磷的降解。由于大多数农药带有卤素、氨基、硝基及其他各种取代物等，这些取代基的
收稿日期：2000-05-09作者简介：郑金来（，男，山东泰安市人，助理研究员，博士. 1973-）
第2期
郑金来，等：常见农药降解微生物研究进展及展望
表! 常见农药的降解微生物
63
通过基因重组技术将不同降解农药质粒或降解农药基因组建到同一菌株内，构建“超级细菌”，从而就扩大降解菌T ab le 1
m icroor g an is m s ab le o f de g radati n g comm on p estici de
农药降解菌
参考文献甲胺磷
芽孢杆菌、曲霉、青霉、假单胞菌、瓶型酵母［1］
烟曲霉、焦曲霉、葡枝根霉、串珠镰刀霉、
阿特拉津粉红色镰刀霉、尖孢镰刀霉、斜卧镰刀霉、（微紫青霉、褶皱青霉、平滑青霉、白腐真菌、［AT ）2，3］
菌根真菌、诺卡氏菌、红球菌、假单胞菌
幼脲3号真菌［4］敌杀死产碱杆菌
［5］无色杆菌、节杆菌、曲霉菌、棒状杆菌、
2，4-D
黄杆菌、诺卡氏菌、假单胞菌［6，7］
无色杆菌、气杆菌、芽胞杆菌、DDT 梭状芽胞杆菌、埃希氏菌、镰孢霉菌、
［8］诺卡氏菌、变形杆菌、链球菌丙体六六六白腐真菌、梭状芽胞杆菌、埃希氏菌
9，10］对硫磷大肠杆菌、芽胞杆菌11，12］甲拌磷硫杆菌、假单胞菌［13］敌百虫曲霉菌、镰孢霉菌、曲霉菌
［14］敌敌畏假单胞菌
［15］七氯芽胞杆菌、镰孢霉菌、小单孢菌、诺卡氏菌、
曲霉菌、根霉菌、链球菌［16］2，4，5-T 无色杆菌、枝动杆菌［17］狄氏剂芽胞杆菌、假单胞菌［18］艾氏剂镰孢霉菌、青霉菌
［19］乐果
假单孢菌
［20］
存在的问题及展望
目前，对于农药降解微生物的研究正方兴未艾。但是，大部分的工作还只局限于实验室，还不能完全使农药降解菌从实验室走向实际应用。这是因为：受农药污染的环境不能进行集中统一处理，尤其是受农药污染的食品不能进行有效处理；农药污染环境的化合物组成很不稳定，经常波动，对于农药降解菌的生长很不利，温度、p ~及湿度波动也较大，有可能抑制降解菌的生长；直接从环境中筛选获得的农药降解菌降解速度慢，不能满足实际需要或经常发生变异导致降解能力的丧失、不能够继续降解农药；另外，投放到环境中去的降解菌还会受到该环境原有菌群的影响，甚至受到拮抗而不能在该环境中长期生存，农药降解菌在受污染环境中不能成为优势菌等。只有上述问题得到很好的解决，才能真正实现利用农药降解菌解决农药污染环境的问题。
分子生物学迅猛发展为农药降解菌真正从实验室走向实际应用提供了可能。如果借助于分子克隆技术构建“高效农药降解菌”，从而就可以提高降解菌降解农药的能力，增强降解菌净化环境的作用，这也是今后工作的重点。常用的方法有：
#! 构建
“超级细菌”对农药的降解范围，提高其治理效果，增强其净化环境的作用。有些研究者常常选择对自然环境更适应的极端微生物如嗜冷菌或地区优势菌作为基因工程的宿主菌，这样会使降解菌在环境中成为优势，更有利于环境污染的降解和治理。
" #" 原生质体融合
如果2种微生物在共同存在时才能降解某种农药，单独存在时不能降解该农药，这时，可以采用原生质体融合技术融合这2种微生物，融合子就会具备2个亲本的基因与优点：能够降解某种农药，这也是目前污染治理工程菌制备一个主要途径。
" #$降解酶或降解基因的改良通常，人们直接从自然界筛选的降解菌的降解酶活性较低，不能满足实际需要。可以通过定向诱变、随机突变或DNA-改组［
22］
等分子生物学技术来提高其活性，
以增强降解菌对污染物的降解能力。DNA-改组技术是1994年由美国的S te mm er 博士首先提出来的，是一种在试管内模拟达尔文进化的过程，该技术可以大幅度地提高降解酶的活性，而又不需要知道酶的三维结构。自DNA -改组技术诞生以来，得到了迅猛的发展和广泛的应用，美国已经开始应用该技术去除环境污染物。
一些科学家指出，过分强调或夸大基因工程菌的危害，将会使人们失去一种去除环境污染物的强有力的工具。我们相信随着研究的不断深入，随着分子生物学的飞速发展，利用微生物降解农药等环境污染物、治理环境污染、保护生态环境不久将会成为现实。
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" " ［［［［［［［
常见农药降解微生物研究进展及展望
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
郑金来， 李君文， 晁福寰， ZHENG Jin-lai， LI Jun-wen， CHAO Fu-huan军事医学科学院,卫生学环境医学研究所,天津,300050环境科学研究
RESEARCH OF ENVIRONMENTAL SCIENCES2001,14(2)41次
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常见农药的降解微生物及其降解机理
大量研究证实土壤和水环境的农药降解中微生物起着
重要的作用，迄今为止，科研工作者通过富集培养等技术发现了许多能够降解农药的微生物，见表1。
微生物对农药的降解作用主要是通过一系列水解方式进行的，如荧光假单孢菌对于对硫磷的降解。由于大多数农药带有卤素、氨基、硝基及其他各种取代物等，这些取代基的
收稿日期：2000-05-09作者简介：郑金来（，男，山东泰安市人，助理研究员，博士. 1973-）
第2期
郑金来，等：常见农药降解微生物研究进展及展望
表! 常见农药的降解微生物
63
通过基因重组技术将不同降解农药质粒或降解农药基因组建到同一菌株内，构建“超级细菌”，从而就扩大降解菌T ab le 1
m icroor g an is m s ab le o f de g radati n g comm on p estici de
农药降解菌
参考文献甲胺磷
芽孢杆菌、曲霉、青霉、假单胞菌、瓶型酵母［1］
烟曲霉、焦曲霉、葡枝根霉、串珠镰刀霉、
阿特拉津粉红色镰刀霉、尖孢镰刀霉、斜卧镰刀霉、（微紫青霉、褶皱青霉、平滑青霉、白腐真菌、［AT ）2，3］
菌根真菌、诺卡氏菌、红球菌、假单胞菌
幼脲3号真菌［4］敌杀死产碱杆菌
［5］无色杆菌、节杆菌、曲霉菌、棒状杆菌、
2，4-D
黄杆菌、诺卡氏菌、假单胞菌［6，7］
无色杆菌、气杆菌、芽胞杆菌、DDT 梭状芽胞杆菌、埃希氏菌、镰孢霉菌、
［8］诺卡氏菌、变形杆菌、链球菌丙体六六六白腐真菌、梭状芽胞杆菌、埃希氏菌
9，10］对硫磷大肠杆菌、芽胞杆菌11，12］甲拌磷硫杆菌、假单胞菌［13］敌百虫曲霉菌、镰孢霉菌、曲霉菌
［14］敌敌畏假单胞菌
［15］七氯芽胞杆菌、镰孢霉菌、小单孢菌、诺卡氏菌、
曲霉菌、根霉菌、链球菌［16］2，4，5-T 无色杆菌、枝动杆菌［17］狄氏剂芽胞杆菌、假单胞菌［18］艾氏剂镰孢霉菌、青霉菌
［19］乐果
假单孢菌
［20］
存在的问题及展望
目前，对于农药降解微生物的研究正方兴未艾。但是，大部分的工作还只局限于实验室，还不能完全使农药降解菌从实验室走向实际应用。这是因为：受农药污染的环境不能进行集中统一处理，尤其是受农药污染的食品不能进行有效处理；农药污染环境的化合物组成很不稳定，经常波动，对于农药降解菌的生长很不利，温度、p ~及湿度波动也较大，有可能抑制降解菌的生长；直接从环境中筛选获得的农药降解菌降解速度慢，不能满足实际需要或经常发生变异导致降解能力的丧失、不能够继续降解农药；另外，投放到环境中去的降解菌还会受到该环境原有菌群的影响，甚至受到拮抗而不能在该环境中长期生存，农药降解菌在受污染环境中不能成为优势菌等。只有上述问题得到很好的解决，才能真正实现利用农药降解菌解决农药污染环境的问题。
分子生物学迅猛发展为农药降解菌真正从实验室走向实际应用提供了可能。如果借助于分子克隆技术构建“高效农药降解菌”，从而就可以提高降解菌降解农药的能力，增强降解菌净化环境的作用，这也是今后工作的重点。常用的方法有：
#! 构建
“超级细菌”对农药的降解范围，提高其治理效果，增强其净化环境的作用。有些研究者常常选择对自然环境更适应的极端微生物如嗜冷菌或地区优势菌作为基因工程的宿主菌，这样会使降解菌在环境中成为优势，更有利于环境污染的降解和治理。
" #" 原生质体融合
如果2种微生物在共同存在时才能降解某种农药，单独存在时不能降解该农药，这时，可以采用原生质体融合技术融合这2种微生物，融合子就会具备2个亲本的基因与优点：能够降解某种农药，这也是目前污染治理工程菌制备一个主要途径。
" #$降解酶或降解基因的改良通常，人们直接从自然界筛选的降解菌的降解酶活性较低，不能满足实际需要。可以通过定向诱变、随机突变或DNA-改组［
22］
等分子生物学技术来提高其活性，
以增强降解菌对污染物的降解能力。DNA-改组技术是1994年由美国的S te mm er 博士首先提出来的，是一种在试管内模拟达尔文进化的过程，该技术可以大幅度地提高降解酶的活性，而又不需要知道酶的三维结构。自DNA -改组技术诞生以来，得到了迅猛的发展和广泛的应用，美国已经开始应用该技术去除环境污染物。
一些科学家指出，过分强调或夸大基因工程菌的危害，将会使人们失去一种去除环境污染物的强有力的工具。我们相信随着研究的不断深入，随着分子生物学的飞速发展，利用微生物降解农药等环境污染物、治理环境污染、保护生态环境不久将会成为现实。
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常见农药降解微生物研究进展及展望
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
郑金来， 李君文， 晁福寰， ZHENG Jin-lai， LI Jun-wen， CHAO Fu-huan军事医学科学院,卫生学环境医学研究所,天津,300050环境科学研究
RESEARCH OF ENVIRONMENTAL SCIENCES2001,14(2)41次
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