土壤農(nóng)藥污染的微生物修復(fù)研究進(jìn)展

黃紅艷，劉九成

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215163）

1 引言

土壤中的農(nóng)藥對(duì)農(nóng)作物、及地下水會(huì)產(chǎn)生不良影響，并通過食物鏈富集到人體和動(dòng)物中，危及人類健康。微生物修復(fù)是指利用微生物的生命代謝活動(dòng)減少土壤環(huán)境中有毒有害物的濃度或使其完全無害化，從而使污染了的土壤環(huán)境能夠部分地或完全地恢復(fù)到原初狀態(tài)的過程。相比于傳統(tǒng)的物理、化學(xué)修復(fù)方法，微生物修復(fù)的終產(chǎn)物大都是無害的、穩(wěn)定的物質(zhì)，且處理時(shí)間短、避免了污染物轉(zhuǎn)移，因此利用微生物對(duì)農(nóng)藥污染的土壤進(jìn)行生物修復(fù)已經(jīng)成為土壤修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

2 用于生物修復(fù)的微生物類群

根據(jù)來源不同可以把起作用的微生物分為3類：土著微生物，外來微生物和基因工程菌[1]。實(shí)際的生物修復(fù)中應(yīng)用的大多是土著微生物，相對(duì)于外來微生物和基因工程菌來說，土著微生物更好地適應(yīng)環(huán)境，數(shù)量多，降解力強(qiáng)。當(dāng)土壤中的土著微生物不能滿足需求時(shí)，就需要在污染的土壤中接種高效、改良的外來微生物組來提高對(duì)農(nóng)藥的降解效果。隨著生物工程技術(shù)的飛速發(fā)展，構(gòu)建更高效的修復(fù)污染土壤的基因工程菌也引起了人們極大的興趣，科學(xué)家正嘗試著利用基因工程把不同的降解基因移植到同一菌株中，創(chuàng)造出了具有多種降解功能的超級(jí)微生物[2]。

3 微生物對(duì)土壤農(nóng)藥污染的修復(fù)機(jī)理

微生物對(duì)農(nóng)藥降解較為復(fù)雜，包含多種不同類型的生物化學(xué)反應(yīng)，其作用方式可分為酶促反應(yīng)與非酶促反應(yīng)。酶促反應(yīng)主要包括水解、脫鹵、氧化、硝基還原、甲基化與去甲基化；非酶促反應(yīng)通過微生物的活動(dòng)改變物理和化學(xué)環(huán)境如pH，或產(chǎn)生某些輔助因子間接作用于農(nóng)藥，促進(jìn)農(nóng)藥的轉(zhuǎn)化，主要有礦化、共代謝、生物濃縮等。農(nóng)藥的微生物降解復(fù)雜多樣、很多屬于共代謝類型，所謂共代謝是指有些難以降解的化合物不能被完全礦化利用，降解菌必須從其他底物獲得大部分碳源和能源。

4 微生物修復(fù)土壤農(nóng)藥污染的研究進(jìn)展

常見的能夠降解農(nóng)藥的微生物主要有芽胞桿菌、假單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、無色桿菌、大腸桿菌、棒狀桿菌、黃桿菌、諾卡氏菌、霉菌等，實(shí)際應(yīng)用中常采用施用混合菌株、施用降解菌酶提取物以及構(gòu)建工程菌3種方法進(jìn)行農(nóng)藥降解[3]。采用以有機(jī)氯農(nóng)藥作為唯一碳源的Tonomura培養(yǎng)基從受六六六和DDT污染的土壤中分離篩選得到能降解六六六和DDT的混合菌株并應(yīng)用于盆栽試驗(yàn)和田間試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有效的降解效應(yīng)。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)已成功分離到高效農(nóng)藥殘留降解菌株達(dá)500多株，建立起國內(nèi)最大菌種庫，進(jìn)行了累計(jì)幾千次田間小試驗(yàn)和數(shù)十次中試規(guī)模試驗(yàn)，并將技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用于水稻、韭菜、小青菜、蘆笙、冬棗等農(nóng)產(chǎn)品和各種性質(zhì)的農(nóng)田土壤的農(nóng)藥污染原位修復(fù)，其農(nóng)藥降解率在80%以上，修復(fù)效果顯著。

近年植物-微生物聯(lián)合修復(fù)取代單一的微生物修復(fù)或植物修復(fù)，成為農(nóng)藥污染土壤修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。植物根系為微生物提供生長(zhǎng)發(fā)育所需的營養(yǎng)來源，促進(jìn)根際微生物的生長(zhǎng)代謝，，從而提高微生物降解農(nóng)藥殘留物的活性；此外，微生物與植物形成菌根，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高植物耐受性，提高修復(fù)效率。利用現(xiàn)代生物技術(shù)構(gòu)建的高效基因工程菌可以顯著提高污染效果修復(fù)，為解決生物修復(fù)周期長(zhǎng)等問題提供了嶄新的途徑。Wilfred Chen構(gòu)建的帶有有機(jī)磷水解酶基因的工程大腸桿菌能夠快速降解有機(jī)磷農(nóng)藥。沈標(biāo)等采用三親接合法成功地將帶有l(wèi) u x A B基因的Pt r102質(zhì)粒轉(zhuǎn)入甲基1605降解菌DLL-1中，獲得的接合子熒光非常強(qiáng)，而且標(biāo)記質(zhì)粒非常穩(wěn)定。此外除草劑2,4-D降解質(zhì)粒、阿拉特津降解酶基因等已成功地克隆表達(dá)。但由于諸多因素的限制，目前絕大部分工作尚處在實(shí)驗(yàn)室批實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)階段，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用程度的成熟方法很少。

5 前景展望

隨著基因工程和分子生物學(xué)的發(fā)展，基因工程菌的構(gòu)建為土壤污染修復(fù)提供了更加廣闊的空間，科研工作者開始嘗試采用基因重組技術(shù)構(gòu)建高效工程菌，將表達(dá)高效降解農(nóng)藥的酶的基因或重金屬抗性基因構(gòu)建到載體中，經(jīng)轉(zhuǎn)化獲得高效降解工程菌，從而提高降解效率。尋找極端環(huán)境下生存的微生物亦引起了人們廣泛的關(guān)注，開發(fā)極端環(huán)境的微生物資源用于污染土壤的修復(fù)也有著廣闊的前景。從發(fā)展趨勢(shì)來，今后的研究重點(diǎn)將會(huì)朝著微生物修復(fù)技術(shù)的深入開發(fā)、修復(fù)機(jī)理的深化、聯(lián)合修復(fù)以及基因工程菌的開發(fā)方面發(fā)展。隨著人們對(duì)微生物修復(fù)機(jī)理更為深入而透徹的了解和生物工程技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)微生物修復(fù)方面的研究必將會(huì)取得更大的進(jìn)展，微生物在修復(fù)土壤污染方面潛力將會(huì)得到更充分的體現(xiàn)。

[1]張從,夏立江.污染土壤生物修復(fù)技術(shù).北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2000，51~55

[2]Lobos J H,Leib T K,Su T M.Biodegradation of biphenols a and other bisphenols by gram-negative aerobic bacterium.Applied&Environental Microbiology,1992,58(6):1823~1831

[3]江春玉,盛下放,何琳燕,等.一株鉛鎘抗性菌株WS34的生物學(xué)特性及其對(duì)植物修復(fù)鉛鎘污染土壤的強(qiáng)化作用．環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008,28(10):1961~1968