有机磷农药降解研究进展综述.doc

有机磷农药降解研究进展前言：现代农业的发展和有机磷农药的使用密切相关，所造成的严 重的农产品和环境污染是农业发展有待解决的关键问题之一介绍了超声波技术、吸附、洗涤和辐照等物理方法，微生 物、降解酶和工程菌等生物方法，水解、氧化分解和光化 学降解等化学方法对有机磷农药的降解作用及其相关的应用研究 引言农药是农业增产的主要依靠，在农业中应用极为广泛，其 中有机磷农药因其对于防治农业虫害具有经济、高效、方便等 特点，是国内外使用最广泛的农药之一，为农业丰产、丰收做出 了并将继续做出重要贡献据统计,2010年中国农药的总产量为2261 22万t[ 1]，其中 有机磷农药产品占到其总量的80%o目前市场上有机磷农药商 品的种类达上百种Z多，我国所广泛使用的，包括毒死脾、丙漠 磷、乙酰甲胺磷、二嗪农和敌敌畏等杀虫剂[2],稻瘟净、克瘟 净等杀菌剂的种类就达到30多种此外，在我国经常使用的其 他有机磷产品还有有机磷灭鼠剂、有机磷除草剂、生长调节剂 等[3] o由于有机磷农药大量不合理的使用，使得蔬菜、粮食、 瓜果等农产品茯至土壤中的有机磷农药残留严重超标这些农 药的残留不仅造成环境污染，而且直接或间接地危害人类的健 康，给人类和牛态环境造成了极为严重的不良后果，越来越多 的农药残留及中毒事件发生。

因此加强有机磷农药降解方法的 研究，解决有机磷等农药对环境及食物的污染问题，是人类当 前迫切需要解决的问题之一有机磷农药的危害已引起国内外 科学家的关注，并进行了大量相关的研究工作目前国内外有机 磷农药残留降解方法［4］主要有超声波技术、吸附、洗涤和电 离辐射等物理方法；微生物、降解酶和工程菌等生物降解方法; 水解、氧化分解和光化学降解等化学方法，本文综述了以上降解 的方法及其相关的应用研究正文：1物理方法11 1吸附法吸附法降解农药是一个物理过程，主要是通过一些具有吸附 性的物质或生物吸附来减少农产品和环境中残留的农药，如短 小芽孑包杆菌(Bacil lusp umi lus)可吸附农药1, 2, 3, 4-四氯二苯 -p-二氧莒和一些聚氯二苯咲喃，而且死亡菌体的吸附能力似乎 更大［5］ o11 2超声波法超声波降解法主要应用于农药废水处理，其原理是在超声波作 用下液体产生空化作用从而降解废水中的农药分子［6］,目前 此技术比较成熟，国外已开始实践应用于农药废水处理用声强 75 W/ cm2、频率20kHz的超声降解pH为61 0,浓度为82 Lmol/ L的对硫磷溶液,30 e下经120 min超声辐照，硫磷可被 完全降解［7］ ; 20 kHz, 75 W/ cm2 超声波辐射 30 min, 82Lmol/ L 马拉磷溶液pH值从6下降到4, 2 h内全部降解，产物均为无 机小分子。

11 3洗涤法对水溶性农药，农产品经清水浸泡后农药残留量将大大减少; 对亲脂性农药，用清水洗涤去除率低，加入一定量的洗涤剂，可 增加农药在水中的溶出量，从而使降解效果更佳不同表面清洗 剂处理多环芳坯污染土壤，可大大减少土壤中污染物的残留量 114辐照法电离辐照处理技术属冷处理技术，不添加任何化学药剂，无 任何残留物，是一种物理去除方法，同时可起到杀菌效果，且节 约能源如经60 Co-C射线对不同农产品进行辐射，照射量为 15- 20 kGy时,漠氤菊去除率达85%,照射量为5~ 10 kGy时, 甲基对硫磷去除率达30% [ 1 0] o2生物降解生物降解是指通过生物（包括各种微生物、植物和动物）的 作用将大分子分解成小分子化合物的过程化学农药的生物降 解主要是通过微生物、降解酶、工程菌来进行采用生物降解 残留农药是治理农药污染的新途径21 1微生物降解降解农药残留的微生物种类主要有细菌、真菌、放线菌、藻类 等，主要是通过其分泌酶经过氧化、还原、水解、环裂解、缩合、 脱卤、脱竣、甲基化等途径完成酶促降解微生物对有机磷商 的作用方式可分为2类一类是微生物直接作用于有机磷农药， 其实质是酶促反应［11］，主要是微生物本身含有可降解该农药 的酶系基因.能产生降解有机磷农药的降解酶或是微生物的基 因发生重组或改变，产生新的降解酶系。

有机磷农药中所含有的 P-O键、P- S键以及P-N键等在降解酶作用下发生断裂，使 有机磷农药被降解Mageong等［12］报道大肠杆菌产生的磷酸 三酯酶能打开P-S键贾开志等分离出的菌株可以打断久效磷 的P-C键［13］ o Bello Ramirez等也证实了氯代过氧化物酶可 以切断有机磷农药中的P-S键［14］路杨等分离出的菌株可以 把甲胺磷的P- N, P- O和P-S键都打断，使之完全降解为磷 酸根［15］而另一类是通过微生物的活动改变化学和物理的 环境，而间接作用于有机磷农药使其发生降解常见 的作用方式有3种⑴矿化作用.指微生物直接以有机磷农药作 为生长基质，将其完全分解成无机物如CO2和H2O等的过程 矿化作川是最理想的降解方式，因为农药被完全降解成无毒的 无机物解秀平等分离到1株能以甲基对硫磷及其降解中间产物 对硝基苯酚为唯一碳源生长，且能够将其彻底降解为CO2和H2O的细菌X4［ 16］ o 2）共代谢作用.指微生物在有其可利用的 碳源存在时，对其原來不能利用的物质也可分解代谢的现象 共代谢反应中产生的既能代谢转化主长基质又能代谢 转化目标污染物的非专-性酶，是微生物共代谢反应 的关键。

艾涛等分离得到1株以共代谢方式降解乐果的真菌菌株L3, 120 h对乐果的降解率达291 2%［ 17］3）种间协同代谢.指同一环境中的几种微生物联合代谢某种有机磷农药有时单一微生物无法完成对 有机磷的降解，需要其他菌种将其代谢产物进行进… 步降解［18］ o因而在这种情况下.培养混合菌是一种可 行的解决问题的方法Da Silva 等［19］扌艮道了来自X arrthomonas ax onopodisp v1 Ci tr ist r306的甲基对硫磷降解酶的信号肽结 构序列以后，更加掀起了人们对农药残留降解菌的研 究热潮21 2陽餡譎有机磷农药在土壤中比较容易分解止是由于土壤中存在分泌磷酸酯酶结构的微生物而且降解酶往往 比产生这类酶的微生物菌体更能耐受异常环境条件，如对硫磷水解酶在10%（质量分数）的无机盐、1%（质量分数） 的有机溶剂、50 e下都能保持活性，而产生该酶的假单胞菌在同样的条件下不能生长［20］ o此外，由 于降解酶不存在碳源的选择问题，酶的降解效果远胜 于微生物本身［21］ o到目前为止，从微生物中分离提取 的农药降解酶多为有机磷农药降解酶，其中最多的种 类为水解酶，如对硫磷水解酶、有机磷酸脱水酶（org anophosphorus acid anhydorase, OPAA） 、B~5 水解酶、磷酸三酯酶、乙基对硫磷水解酶(org anophosphatehy dro lase, OPH)等。

因此，人们设想利用降解酶作为净化农药污染的有效手段，有关农药降解酶的研究受到广泛关注由 于各种有机磷农药都有类似的结构，只是取代基不同， 所以一种有机磷农药降解酶往往可降解多种有机磷农 药使用有机磷农药降解酶目前已被公认为是消除农 药残留的最有潜力的新方法［17］ oMulbry等首次从以荧光假单抱菌为主的混合菌 中成功分离提纯了对硫磷降解酶［22］ o Horne等用香 豆磷和蝇毒磷作为磷源，从分离到的菌株Pl mont ei 11 iCll 中鉴定出另一种酶 hydroly sis o f corox on ( HocA) ，该酶对有机磷酸酯和硫酯有广泛的底物专一性， 是--种新型的磷酸三酯酶［23］ o Richard等构建了与纤 维素结合区融合的OPH,利用融合蛋白一步纯化并固 定于纤维素类基质上的特性，将酶方便地使用［24］近 年来人们对其他农药降解酶的研究的关注程度逐渐增 加，如对拟除虫菊酯类降解酶的报道［25］汤鸣强等［26］ 报道了采用超声波方法破碎FDB细菌菌体细胞，得到 粗酶液并对氤戊菊酯进行降解研究表明，FDB能以 氤戊菊酯杀虫剂为唯一碳源生长，菌体胞内粗酶液对 氤戊菊酯表现明显的降解活性。

21 3工程菌近年来随着分子生物学及基因工程的发展，农商 降解酶基因工程的研究也取得了一定的进展构建具 有降解有机磷农药能力的工程菌主要是通过对有机磷 水解酶进行遗传改造，目前较为广泛的有两种方法：一 方面是将几种有机磷降解酶的基因同时转入到同一个 表达载体，使该工程菌能够同时编码几种有机磷降解 酶，扩大它对有机磷农药的降解谱另一方面，可以通 过蛋白质工程手段对活性蛋白的一个或多个氨基酸的 编码基因进行定点突变或运用体外分子定向进化技术 促进编码基因在体外进化，使降解酶的结构发生变化， 积累有益突变，排除有害突变和中性突变，进而提高酶 的降解能力Walker和Kearling等研究发现[27],野生株 Pseudomonas p ut id a中的OPH能将对硫磷水解为硝基苯酚 和二乙基毓基磷酸，将编码OPH的基因克 隆到广宿主的质粒中，从而提高该酶的表达活性自 20世纪90年代以来，人们为了提高OPH在大肠杆菌 中的表达和分泌，对0PII的前导序列进行了大量的 定点突变和体外分子定向进化，并取得很好的效 果[28] oCather ine等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［29］。

从 Pseudomonas diminuta MG中分离获得了对硫磷水 解酶adpB基因，构建高效工程菌，利用工程菌降解酶 处理农产品对硫磷残留，降解效能高达90%［ 30］ o Liu 等把含有甲基对硫磷水解酶编码基因mpd和假单胞 菌Pl p utidaDLL-1的同源调节基因DNA片断克隆 到广泛宿主pBBRlMCS-2上，将得到的重组质粒pBBR- mpd导入咲喃丹降解菌CDS-1,构建出基因工程 菌CDS-pBBR- mpd,该菌种对甲基对硫磷的降解能力 较 Pl p utida DLL-1 提高了 61 75 倍［31］Lan 等通过 在载体pETDuel中同时表达有机磷水解酶0PH基因 opd和酯酶Bl基因bl,构建了一株能够同时降解有 机磷农药、氨基甲酸酯类农药以及拟除虫菊酯类农药 的基因工程菌［32］ o3化学方法31 1氧化分解双氧水是常川的农商残留氧化分解剂之一，其突出的优点就是反应活性强，生成H20和02,降解物无 毒，过量使用也不会引发污染问题，被称为/最清洁0的 化学品，常被应川于残留农约的降解，尤其是对有机磷 农药降解作用更加明显，相比不加双氧水的处理降解 率可提高5倍~ 13倍［33］ o31 2水解大多数农商的稳定性与溶液的pH值有关。

绝大 多数有机磷农药偏酸性，在碱性水溶液中极不稳定，在 水解酶作用下易水解曾雯瑜等［34］研究了大粒车前 子多糖及其肺配合物（Ce-PLCP）对磷酯键的水解作 用，结果表明Ce-PLCP对某些有机磷农药有较好的 水解效果31 3光化学降解光化学降解是指受太阳辐射和紫外线照射等而引 起有机磷农商中的磷酯键即P- 0键和P- S键断裂 而使农药分解有研究表明，如果有机磷农药中的一 个磷酸酯键被水解将大大降低其毒性，以对硫磷为例， 将使其毒性降低100倍因此，破坏有机磷农药的磷 酯键是降低有机磷农药毒性行之有效的方法31 31 1光化学降解的机理在光降解有机磷农药的研究中，光催化降解和光 催化氧化降解是近30年才发展起来的降解方法对 于光催化降解水溶液中有机物机理的解释.价带理论 被公认为是最可靠的理论以TQ2为例，价带上空 穴表现出很强的氧化势，而导带上电子则具有强的还 原势.一方面产生的电子或空穴可以直接和吸附在半 导体表面的有机污染物反应；另一方曲光生。