微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解課件

1、微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解報(bào)告人：張莉莉微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 農(nóng)藥降解研究領(lǐng)域日趨活躍,研究者們相繼對(duì)除草劑、殺蟲劑、殺菌劑等的微生物降解進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。通過(guò)近幾十年的研究,已經(jīng)確定了微生物在土壤和水環(huán)境的農(nóng)藥降解中起主要作用。研究者分離到一批能降解或轉(zhuǎn)化某種農(nóng)藥的微生物類群,逐步弄清了微生物降解農(nóng)藥的主要作用方式及降解機(jī)制,以及各類化學(xué)農(nóng)藥的微生物降解途徑。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解降解化學(xué)農(nóng)藥的微生物類別微生物降解農(nóng)藥的途徑和機(jī)理影響微生物降解農(nóng)藥的因素農(nóng)藥微生物降解的新技術(shù)和新方法存在的問(wèn)題及展望微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解降解農(nóng)藥的微生物類別降解農(nóng)藥的微生物類別 已報(bào)道

2、的降解農(nóng)藥的微生物有細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類等，大多數(shù)來(lái)自土壤微生物類群。細(xì)菌由于其生化上的多種適用能力以及容易誘發(fā)突變菌株從而占了主要的位置，其中假單胞菌屬是最活躍的菌株，對(duì)多種農(nóng)藥有分解作用。下圖列舉了主要的降解農(nóng)藥的微生物類別。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解降解農(nóng)藥的微生物類別微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解微生物降解農(nóng)藥的途徑與機(jī)理微生物降解農(nóng)藥的途徑與機(jī)理 目前，對(duì)于微生物降解農(nóng)藥的研究主要集中于細(xì)菌。細(xì)菌降解農(nóng)藥的本質(zhì)是酶促反應(yīng)，即化合物通過(guò)一定的方式進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，然后在各種酶作用下，經(jīng)過(guò)一系列的生理生化反應(yīng)，最終將農(nóng)藥完全降解或分解成分子量較小的無(wú)毒或毒性較小化合物的過(guò)程。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解

3、如假單胞菌ADP菌株以莠去津?yàn)槲ㄒ惶荚矗?種酶參與了降解莠去津的前幾步反應(yīng)，首先是A tzA酶催化莠去津水解脫氯的反應(yīng)，得到無(wú)毒的羥基莠去津，該酶是莠去津生物降解的關(guān)鍵酶；其次是A tzB酶催化羥基莠去津脫氯氨基反應(yīng)，產(chǎn)生N-異丙基氰尿酰胺；第3步是A tzC酶催化忖異丙基氰尿酰胺生成氰尿酸和異丙胺；最終莠去津被降解為CO2和NH3。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 由于降解酶往往比產(chǎn)生該類酶的微生物菌體更能忍受異常環(huán)境條件，酶的降解效率遠(yuǎn)高于微生物本身，所以利用降解酶可以作為凈化農(nóng)藥污染的有效手段。但是，降解酶在土壤中容易受非生物變性、土壤吸附等作用而失活，難以長(zhǎng)時(shí)間保持降解活性，并且酶在土壤中的移

4、動(dòng)性差等因素，限制了降解酶在實(shí)際中的應(yīng)用。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 試驗(yàn)已經(jīng)證明，編碼合成這些酶系的基因多數(shù)在質(zhì)粒上，如2，4-D的生物降解，即由質(zhì)粒攜帶的基因所控制，通過(guò)質(zhì)粒上的基因與染色體上的基因的共同作用，在微生物體內(nèi)把農(nóng)藥降解。 目前對(duì)于各種殺蟲劑的微生物降解途徑已比較清楚，下表列舉了幾種主要的降解途徑。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解影響微生物降解農(nóng)藥的因素影響微生物降解農(nóng)藥的因素u 微生物自身的影響u 農(nóng)藥結(jié)構(gòu)的影響u 環(huán)境因素的影響微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 微生物自身的影響微生物自身的影響 微生物的種類、代謝活性、適應(yīng)性等都直接影響到對(duì)農(nóng)藥的降解與轉(zhuǎn)化。已經(jīng)證明，不同的微

5、生物種類或同一種類的不同菌株對(duì)同一有機(jī)底物或有毒金屬的反應(yīng)都不同。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 微生物具有較強(qiáng)的適應(yīng)和被馴化的能力，通過(guò)一定的適應(yīng)過(guò)程，新的化合物能誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生相應(yīng)的酶系來(lái)降解，或通過(guò)基因突變等建立新的酶系來(lái)降解。微生物降解本身的功能特性和變化也是最重要的因素。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 農(nóng)藥結(jié)構(gòu)的影響農(nóng)藥結(jié)構(gòu)的影響 農(nóng)藥化合物的分子量、空間結(jié)構(gòu)、取代基的種類及數(shù)量等都影響到微生物對(duì)其降解的難易程度。不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥，生物降解性由易到難依次為脂肪酸類、有機(jī)磷酸鹽類、長(zhǎng)鏈苯氧基脂肪酸類、短鏈苯氧基脂肪酸類、單基取代苯氧基脂肪酸類、三基取代苯氧基脂肪酸類、二硝基苯類、氯代烴類。微生物對(duì)化

6、學(xué)農(nóng)藥的降解 一般情況下，高分子化合物比低分子量化合物難降解，聚合物、復(fù)合物更能抗生物降解；空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的比結(jié)構(gòu)復(fù)雜的容易降解；易溶于水的農(nóng)藥比難溶于水的農(nóng)藥易降解。 微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 微生物只能降解特定結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥，所以農(nóng)藥結(jié)構(gòu)決定降解該農(nóng)藥的微生物種類，只有對(duì)污染環(huán)境農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)充分了解，才能有效地對(duì)其進(jìn)行生物降解。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 環(huán)境因素的影響環(huán)境因素的影響 環(huán)境因素包括溫度、酸堿度、營(yíng)養(yǎng)、氧、底物濃度、表面活性劑等。農(nóng)藥的生物降解是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，影響因素很多。近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越多地關(guān)注到環(huán)境對(duì)農(nóng)藥的生物降解的影響，取得了很多成果，在今后的研究中，尤其在農(nóng)藥生物降解實(shí)際應(yīng)用中

7、，環(huán)境因素將是人們必須考慮的因素。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解農(nóng)藥微生物降解的新技術(shù)和新方法農(nóng)藥微生物降解的新技術(shù)和新方法 固定化微生物技術(shù)在農(nóng)藥降解中的應(yīng)用 農(nóng)藥降解酶制劑的研制及應(yīng)用 降解基因的克隆、表達(dá)及基因工程菌的構(gòu)建微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解固定化微生物技術(shù)在農(nóng)藥降解中的應(yīng)用固定化微生物技術(shù)在農(nóng)藥降解中的應(yīng)用 自20世紀(jì)70年代后期以來(lái)，固定化微生物的研究迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍很廣。其中，應(yīng)用固定化微生物技術(shù)降解污水中的農(nóng)藥，成為一個(gè)新的研究領(lǐng)域。Jiyeon等利用海藻酸鈣固定微生物，對(duì)蠅毒磷的降解進(jìn)行試驗(yàn)，取得了滿意的結(jié)果，其降解能力優(yōu)于未固定化微生物。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 由于固定化細(xì)胞對(duì)

8、底物和氧氣擴(kuò)散有阻礙，使細(xì)胞酶活性降低，通過(guò)基因工程手段制備高效工程菌是解決該問(wèn)題的關(guān)鍵。閆艷春等克隆抗性庫(kù)蚊酯酶基因并在大腸桿菌中高效表達(dá)，用海藻酸鈉包埋固定化工程菌，并處理有機(jī)氯農(nóng)藥三氯殺蟲酯和菊酯類農(nóng)藥溴氰菊酯，結(jié)果表明，固定化工程菌能高效降解這兩種農(nóng)藥。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解農(nóng)藥降解酶制劑的研制及應(yīng)用農(nóng)藥降解酶制劑的研制及應(yīng)用 如果用微生物產(chǎn)生的酶來(lái)處理農(nóng)藥殘留而不是直接使用微生物菌株，那么對(duì)環(huán)境造成威脅或潛在威脅的風(fēng)險(xiǎn)即可降低。研究表明，一些酶比產(chǎn)生這類酶的微生物菌體更能忍受變異的環(huán)境條件，如對(duì)硫磷水解酶可耐受高達(dá)10的鹽濃度和50的溫度，而產(chǎn)生這種酶的假單胞菌在這種條件下卻不能生長(zhǎng)

9、。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 固化酶對(duì)環(huán)境條件有較寬的忍受范圍，可用于農(nóng)藥及類似結(jié)構(gòu)的環(huán)境污染物的凈化。用降解酶凈化農(nóng)藥具有良好的效果，能否應(yīng)用取決于穩(wěn)定性及固定化技術(shù)的實(shí)用性，降解酶的獲得可通過(guò)生物技術(shù)對(duì)降解農(nóng)藥的基因進(jìn)行克隆、基因的高效表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解降解基因的克隆、表達(dá)及基因工程菌的構(gòu)建降解基因的克隆、表達(dá)及基因工程菌的構(gòu)建 分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展為農(nóng)藥降解菌從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用提供了可能。人們寄希望通過(guò)基因工程技術(shù)將農(nóng)藥降解酶基因或降解質(zhì)?？寺〉胶线m的宿主菌中并使其高效表達(dá)，構(gòu)建“高效農(nóng)藥降解菌”，為農(nóng)藥的微生物降解開辟一條新途徑。這一領(lǐng)域已成為當(dāng)今環(huán)境生物技術(shù)的研究熱點(diǎn)之

10、一，也是今后工作的重點(diǎn)。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 存在的問(wèn)題及展望 目前已相繼分離和鑒定了各種降解農(nóng)藥的微生物菌株(包括細(xì)菌、真菌等)，但是利用微生物進(jìn)行生物修復(fù)的實(shí)際應(yīng)用卻往往由于其降解效率較低而受到影響。農(nóng)藥微生物降解的問(wèn)題主要有以下幾方面：(1)單一菌株的純培養(yǎng)問(wèn)題；(2)環(huán)境條件對(duì)微生物降解農(nóng)藥的影響；(3)受農(nóng)藥污染的環(huán)境及食品不能進(jìn)行有效的處理；(4)微生物與被降解物接觸的難易程度；(5)微生物的適應(yīng)性問(wèn)題。因此，農(nóng)藥降解菌從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用還有一段路要走。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 微生物降解農(nóng)藥的研究方向包括：高效農(nóng)藥降解工程菌的開發(fā)、混合菌的培養(yǎng)、降解菌的固定化、白腐真菌降解農(nóng)藥的研究和農(nóng)藥生物降解的模型定量化研究。微生物對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的降解 近年來(lái)，伴隨著基因工程和分子生物學(xué)研究技術(shù)的發(fā)展，科研工作者開始把重心轉(zhuǎn)移到高效工程菌的構(gòu)