微生物降解農(nóng)藥殘留技術(shù)研究

張金萍

（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029）

微生物降解農(nóng)藥殘留技術(shù)研究

張金萍

（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京 100029）

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，合理使用農(nóng)藥可以幫助減少和消除病蟲害，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，但是農(nóng)藥的殘留問題威脅著人們的健康和生命安全，也因此受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。利用微生物實(shí)現(xiàn)對(duì)于農(nóng)藥殘留的有效降解，可以解決農(nóng)藥殘留帶來的食品安全問題。結(jié)合微生物降解農(nóng)藥殘留的基本原理，對(duì)其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析和研究。

微生物；生物降解；農(nóng)藥殘留

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。一直以來，化肥和農(nóng)藥都是保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的關(guān)鍵，但是，伴隨著農(nóng)藥的長(zhǎng)期使用，農(nóng)藥殘留問題受到了越來越多的關(guān)注，對(duì)于消費(fèi)者的生命安全和身體健康形成了較大威脅。對(duì)此，相關(guān)研究結(jié)果表明，利用微生物實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥殘留的降解，能夠起到良好的效果，從而保證消費(fèi)者的人身安全。

1 微生物降解農(nóng)藥殘留原理

生物降解，從狹義上講指自然界存在的，以及人為生產(chǎn)的有機(jī)物被微生物破壞或者礦化的過程。在這個(gè)過程中，絕大多數(shù)情況下都是微生物在發(fā)揮作用，因此也被稱為微生物降解。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的可以用于降解農(nóng)藥殘留的微生物包括真菌、細(xì)菌和放線菌，其多數(shù)可以在自然界的土壤中獲取和培養(yǎng)。

微生物對(duì)于農(nóng)藥殘留的降解作用，主要是通過酶促作用和非酶促作用共同完成，其中酶促作用也被稱為酶催化或者酶素催化，簡(jiǎn)單來講，就是指以酶作為催化劑進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。微生物降解農(nóng)藥殘留的原理，就是通過一系列酶的作用，經(jīng)過相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，將農(nóng)藥分解為無(wú)害的物質(zhì)，或者轉(zhuǎn)化為更小的分子，借以削弱乃至消除其對(duì)于人體的危害。現(xiàn)階段，可用于進(jìn)行農(nóng)藥殘留降解的微生物有幾種，其適用的農(nóng)藥類型各不相同。例如，對(duì)于屬于有機(jī)磷類的對(duì)硫磷，常見的降解微生物包括短桿菌屬、木霉屬、青霉屬、假單胞菌屬以及黃桿菌屬等；對(duì)于屬于氨基甲酸酯類的西維因，常見的降解微生物包括曲霉屬、青霉屬、根霉屬以及無(wú)色桿菌屬等；對(duì)于屬于有機(jī)氯類的DDT，常見的降解微生物包括根霉屬、青霉屬、菱屬硅藻屬、梭狀芽胞桿菌屬、無(wú)色桿菌屬、土壤桿菌素等；對(duì)于屬于三嗪類除草劑的莠去津，常見的降解微生物包括青霉屬、曲霉屬、木霉屬、根霉屬以及鐮刀菌屬等[1]。

2 微生物降解農(nóng)藥殘留技術(shù)

在不斷的研究過程中，微生物降解農(nóng)藥殘留技術(shù)取得了比較顯著的成果。就目前而言，比較常見的微生物降解法有生物膜法、活性污泥法、氧化塘法和需氧生物處理法等，這些方法有著各自的優(yōu)勢(shì)，但是也存在著一定的不足和缺陷，甚至可能會(huì)產(chǎn)生二次污染。例如，生物膜法具有良好的降解效果，但成本較高，不存在大規(guī)模使用的條件；活性污泥法在污水處理中效果顯著，但需要結(jié)合曝氣以及微生物的培養(yǎng)等問題。在這種情況下，科研人員研發(fā)出了全新的微生物降解技術(shù)，這里對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

2.1 基因工程技術(shù)

結(jié)合微生物降解農(nóng)藥殘留的基本原理可知，酶在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而從本質(zhì)上分析，主要是微生物體內(nèi)存在的某種基因賦予了其降解農(nóng)藥的本領(lǐng)?；诖?，可以結(jié)合基因工程技術(shù)，針對(duì)生物進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而達(dá)到降解農(nóng)藥殘留的目的?；蚬こ碳夹g(shù)的基本原理，是將重組對(duì)象的目的基因插入到載體中，經(jīng)拼接后轉(zhuǎn)入全新的宿主細(xì)胞內(nèi)，構(gòu)建工程菌，使得不同的遺傳基因能夠重新組合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目的基因在工程菌中的復(fù)制與表達(dá)。

基因工程技術(shù)大致可分為基因改組、基因重組和基因拼接，從微生物降解農(nóng)藥殘留的角度分析，基因重組和基因拼接技術(shù)的相互結(jié)合能夠起到較好的效果，經(jīng)改進(jìn)后，微生物體內(nèi)各種酶的活性可以得到很大的提升。例如，1994年，美國(guó)的Stemmer等在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，于試管內(nèi)模擬達(dá)爾文的進(jìn)化論，提出了DNA改組技術(shù)，可以極大地提升降解酶的活性，而伴隨著研究的深入，DNA改組技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到了農(nóng)藥殘留的降解中[2]。

2.2 固定化微生物技術(shù)

實(shí)際上，微生物對(duì)于農(nóng)藥殘留的降解過程，是酶促反應(yīng)的結(jié)果，而站在理論層面分析，想要解決農(nóng)藥的殘留問題，只需要確保酶促反應(yīng)過程中參與反應(yīng)的酶始終保持足夠的活性。基于這種理論，固定化微生物技術(shù)得以出現(xiàn)，這種技術(shù)是將選定的微生物固定在相應(yīng)的載體上，在實(shí)現(xiàn)高度密集的同時(shí)，保持足夠的生物活性，從而使得其能夠在適宜的條件下實(shí)現(xiàn)快速大量增殖。

最初固定化微生物技術(shù)被用于污水處理，能夠有效提升處理效率。生物吸附劑的固定化方法包括了吸附法、包埋法、交聯(lián)法等，不僅能夠在一定的空間區(qū)域內(nèi)保持酶的活性，也可以對(duì)其進(jìn)行重復(fù)利用。相比較常規(guī)技術(shù)，固定化微生物技術(shù)具有污泥產(chǎn)量小、菌種高效、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 多菌株復(fù)合體系

在技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，農(nóng)藥的類型及應(yīng)用效果呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)藥的使用也不再僅僅局限于某一種類型，而是多種類型的農(nóng)藥混合使用，使得農(nóng)藥殘留的成分變得更加復(fù)雜。對(duì)于僅能針對(duì)某一種類型農(nóng)藥起作用的微生物而言，想要保證良好的降解效果，就必須構(gòu)建多菌株復(fù)合體系，通過多種類型微生物的相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)于農(nóng)藥殘留的可靠降解。多菌種復(fù)合體系不僅具有更強(qiáng)的降解效果，而且能夠適應(yīng)更加復(fù)雜的環(huán)境，對(duì)于一些復(fù)雜成分農(nóng)藥的降解有著較好的優(yōu)勢(shì)，也因此受到了越來越多的關(guān)注[3]。

3 小結(jié)

總而言之，在可持續(xù)發(fā)展理念的影響下，人們的環(huán)保意識(shí)和健康意識(shí)不斷增強(qiáng)，農(nóng)藥殘留問題也成為了社會(huì)各界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。最近幾年，因農(nóng)藥殘留問題引發(fā)的食物中毒事件屢見不鮮，如何才能更好地完成農(nóng)藥殘留的有效降解，是科研人員重點(diǎn)研究的課題。微生物降解農(nóng)藥殘留技術(shù)主要是利用微生物的酶促作用，對(duì)農(nóng)藥進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)化，基本不會(huì)產(chǎn)生二次污染，降解效果也比較理想。在未來的發(fā)展中，應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)于降解微生物的研究和開發(fā)，對(duì)相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。

[1]白紅娟,賈萬(wàn)利,楊斌盛,等.微生物降解土壤中農(nóng)藥殘留的研究進(jìn)展[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2011,37(11)：35-36.

[2]王維.關(guān)于有機(jī)磷農(nóng)藥的微生物降解技術(shù)研究探討[J].化工管理,2016(12)：130.

[3]王飛陽(yáng).微生物降解農(nóng)藥殘留技術(shù)分析[J].今日湖北旬刊,2015(4)：71.

2017-01-20）

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