啶蟲脒的生物降解研究

周渝，吳利超

(1.陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710054;2.延長(zhǎng)集團(tuán)股份有限公司定邊采油廠，陜西 榆林 718600)

農(nóng)藥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中防治病、蟲、草害的有效的植保措施之一，為我國(guó)以占世界7%的耕地面積養(yǎng)活著世界22%的人口，做出了巨大貢獻(xiàn)。但由于不合理的使用，農(nóng)藥在為人類社會(huì)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)了環(huán)境污染和人畜中毒等各種社會(huì)問(wèn)題，人畜的農(nóng)藥中毒越來(lái)越受到公眾關(guān)注。李順鵬等的研究表明，目前我國(guó)農(nóng)藥使用技術(shù)水平較低，農(nóng)藥的利用率僅為20%，而80%或更多的農(nóng)藥在施用后進(jìn)入了水體、土壤和空氣中，對(duì)非靶標(biāo)生物和各個(gè)生態(tài)因子產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，最終導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)低劣和農(nóng)藥殘留超標(biāo)。

隨著可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的呼聲的高漲和人們生活質(zhì)量的提高，農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留和農(nóng)藥環(huán)境污染日益受到人們的廣泛關(guān)注。據(jù)國(guó)家環(huán)保局發(fā)布的信息，農(nóng)藥殘留污染已被列為環(huán)境污染重點(diǎn)治理工程之列。國(guó)外不少研究證實(shí)，農(nóng)藥微生物降解在農(nóng)藥廢水處理和土壤生物修復(fù)等領(lǐng)域具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。

啶蟲脒是氯化煙堿類殺蟲劑的代表性品種，因其對(duì)害蟲高效，對(duì)高等動(dòng)物低毒，以及對(duì)昆蟲天敵和環(huán)境安全而得到廣泛應(yīng)用［1-2］。本研究采用從某農(nóng)藥廠污水處理系統(tǒng)中的活性污泥里分離出的菌株DC1，進(jìn)行殘留農(nóng)藥啶蟲脒的高效降解。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

DC1 菌(從某農(nóng)藥廠污水處理系統(tǒng)中的活性污泥里分離出具有降解啶蟲脒效能的菌株中篩選而出);95.7%的啶蟲脒，工業(yè)品;啶蟲脒標(biāo)樣，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)品研究中心提供;磷酸緩沖溶液(pH=7.2)、基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基、富集培養(yǎng)基均為自制。

Aglient HPLC1100 型液相色譜儀;SZ-100C 型恒溫?fù)u床;LRH-250-S 型恒溫培養(yǎng)箱;CA-920-3 型垂直層流潔凈工作臺(tái);UV-2550 型分光光度計(jì);YXQSG46-280SA 型高壓滅菌器;FJ 型過(guò)濾器(濾膜孔徑約0.45 μm);TDL-40B 型離心機(jī);JA300N 型電子天平;JJ-2 型電熱爐。

1.2 菌懸液的制備

以無(wú)菌操作將DC1 菌株接種于50 mL 活化富集培養(yǎng)基中，30 ℃，200 r/min 好氧振蕩培養(yǎng)24 h。在10 000 r/min 離心10 min，棄去上清液，加入一定體積的磷酸緩沖溶液，懸浮。

1.3 啶蟲脒的降解實(shí)驗(yàn)

在基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中(裝液量100 mL 于250 mL三角瓶中)加入啶蟲脒，使其濃度為200 mg/L，以8%的量接入活化的菌懸液，以不接菌的培養(yǎng)液作對(duì)照，在30 ℃，200 r/min 的恒溫?fù)u床上振蕩培養(yǎng)7 d。培養(yǎng)結(jié)束后，取一定量的培養(yǎng)液，過(guò)濾，待測(cè)。

1.4 分析方法

1.4.1 啶蟲脒的測(cè)定方法 液相色譜分析條件:柱溫25 ℃，流動(dòng)相為水/甲醇/乙腈=70∶15∶15(v/v/v)，檢測(cè)波長(zhǎng)為270 nm，流速為0.8 mL/min，進(jìn)樣量10 μL。結(jié)果表明，高效液相色譜測(cè)定啶蟲脒的含量［3］，在8.411 min 出峰，見圖1。

圖1 啶蟲脒的含量Fig.1 The content of acetamiprid

1.4.2 農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 配制啶蟲脒標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度分別為50，100，150，200，300，400 mg/L。然后分別將各稀釋標(biāo)準(zhǔn)樣品用液相測(cè)定，每個(gè)標(biāo)樣連續(xù)進(jìn)樣5 次。啶蟲脒濃度和峰面積、峰高的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖2、圖3。

圖2 啶蟲脒濃度和峰面積的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 The standard curve of acetamiprid concentration and peak area

圖3 啶蟲脒濃度和峰高的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 The standard curve of acetamiprid concentration and peak height

由圖2、圖3 可知，啶蟲脒的濃度與峰面積呈良好的線性關(guān)系，一元回歸方程式y(tǒng) = 18.778x－7.812 0，R2=0.998 8，濃度對(duì)峰高的方程式y(tǒng) =1.112 4x+2.989 7，R2=0.999 1。

2 結(jié)果與討論

2.1 培養(yǎng)基初始pH 對(duì)菌株DC1 生長(zhǎng)和降解的影響

調(diào)節(jié)基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基(100 mL)pH 值，以8%接種量接入活化的菌懸液，啶蟲脒濃度為200 mg/L，30 ℃，200 r/min 培養(yǎng)，7 d 后測(cè)生長(zhǎng)量和降解率。

初始pH 對(duì)DC1 菌株生長(zhǎng)的影響，見圖4。

圖4 初始pH 值對(duì)菌株DC1 生長(zhǎng)的影響Fig.4 The influence of the initial pH value on the growth of the strains DC1

由圖4 可知，在含有啶蟲脒的基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中，pH 在5.5 ～7.5 范圍內(nèi)，DC1 菌株均可生長(zhǎng)，但以pH 7.0 時(shí)生長(zhǎng)最好。當(dāng)pH 偏酸時(shí)，則生長(zhǎng)較差，當(dāng)pH 降到4，DC1 菌株幾乎不生長(zhǎng)。由于啶蟲脒在堿性環(huán)境下會(huì)逐漸分解。因此，當(dāng)pH 為7.5 時(shí)，生長(zhǎng)情況明顯較pH 為7.0 時(shí)小很多。

初始pH 對(duì)DC1 降解啶蟲脒的影響，見圖5。

由圖5 可知，DC1 在酸性環(huán)境下降解效果好過(guò)堿性環(huán)境。隨著pH 的逐漸增加，降解率不斷增加，pH 為7.0 時(shí)，降解效果最好，達(dá)到56.2%;pH ＞7.0，降解效果則急劇下降。

圖5 初始pH 值對(duì)菌株DC1 降解率的影響Fig.5 The influence of the initial pH value on degradation rate of the strains DC1

2.2 農(nóng)藥濃度對(duì)菌株DC1 生長(zhǎng)和降解的影響

接8%活化的菌懸液于基礎(chǔ)鹽培養(yǎng)基中，添加底物濃度分別為50，100，150，200，300，400 mg/L，同時(shí)做不接菌對(duì)照，30 ℃，200 r/min 培養(yǎng)，取樣于600 nm 處測(cè)定光密度和降解率。

DC1 在不同農(nóng)藥濃度中的生長(zhǎng)情況見圖6。

圖6 農(nóng)藥濃度對(duì)菌株DC1 生長(zhǎng)的影響Fig.6 The influence of pesticides concentrations on the growth of the strains DC1

由圖6 可知，隨著培養(yǎng)液中農(nóng)藥濃度升高，DC1的生長(zhǎng)情況先增加后減少。菌株DC1 在濃度為150 mg/L 時(shí)生長(zhǎng)最好，到200 mg/L 時(shí)開始明顯下降，到了400 mg/L 時(shí)生長(zhǎng)量最低。這是因?yàn)?，啶蟲脒作為可以被微生物利用的物質(zhì)，一方面可以作為碳源，誘導(dǎo)微生物活性的提高，另一方面也抑制其生長(zhǎng)和生理活動(dòng)。在低濃度的條件下，隨著啶蟲脒濃度的提高，微生物降解活性增加的程度大于生理活動(dòng)受抑制的程度，所以農(nóng)藥的生長(zhǎng)量逐漸提高。但是若農(nóng)藥濃度過(guò)高，對(duì)菌體造成毒害作用，則抑制其生長(zhǎng)活動(dòng)。

不同農(nóng)藥濃度對(duì)降解率的影響見圖7。

圖7 農(nóng)藥濃度對(duì)降解率的影響Fig.7 The influence of pesticides concentrations on degradation rate of the strains DC1

由圖7 可知，農(nóng)藥濃度對(duì)降解率的影響不是很大，在150 mg/L 時(shí)降解率高達(dá)64.5%，大于或小于150 mg/L，降解率都下降。

3 結(jié)論

DC1 降解啶蟲脒農(nóng)藥的培養(yǎng)基適宜pH 為7.0，啶蟲脒濃度為150 mg/L 時(shí)，菌體生長(zhǎng)情況最好。DC1 在酸性環(huán)境下降解效果好過(guò)堿性環(huán)境。隨著pH 的逐漸增加，降解率增加，pH 7.0 時(shí)，降解效果最好，達(dá)到56.2%;pH ＞7.0，降解效果則急劇下降。農(nóng)藥濃度對(duì)降解率的影響不是很大，在150 mg/L時(shí)，降解率高達(dá)64.5%，大于或小于150 mg/L，降解率都下降。

［1］ 唐振華.新煙堿類殺蟲劑的結(jié)構(gòu)與活性及其藥效基團(tuán)［J］.現(xiàn)代農(nóng)藥，2002(1):1-6.

［2］ 莫建初，程家安.新煙堿類殺蟲劑抗藥性研究進(jìn)展［J］.植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2003，30(1):91-95.

［3］ 畢富春.啶蟲脒高效液相色譜法定量分析［J］.農(nóng)藥，2002(3):16-17.